Основные преимущества применения станков с числовым программным управлением (ЧПУ); их функциональные возможности

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 14Следующая ⇒

Эти преимущества чрезвычайно велики, если сравнивать этот вид оборудования с обычными универсальными металлорежущими станками. Выделим вначале преимущества применения программного управления:

· запись управляющей программы может производиться на самые различные программоносители (с учетом уже вышедших из употребления, это перфокарты, перфоленты, магнитные диски и ленты, современные оптические системы, флешь-память), а в настоящее время – внутризаводские компьютерные сети, осуществляющие связь программиста непосредственно с цехом значительно упрощают процесс ввода программ).

· высокая гибкость управления оборудованием т. к. ввод-вывод программ значительно упрощен (особенно при использовании оперативных систем управления);

· большой объем и разнообразие информации вводимой в систему ЧПУ (записываются координаты точек позиционирования и сложных траекторий, режимы обработки, команды на смену режущих инструментов, скорости перемещения, иные же вспомогательные данные);

· производится управление сменой инструмента;

· удобство хранения программ для повторного использования в будущем;

· возможность корректировки управляющих программ в целях повышения точности обработки путем поднастройки положения режущего инструмента для компенсации возникающего при обработке износа, а также возникающих при резании упругих деформаций детали, приводящих к изменению ее фактических размеров и т. п.

К недостаткам применения систем ЧПУ можно отнести их некоторую сложность и сравнительно высокую стоимость.

Далее приведем преимущества самих станков с ЧПУ уже с учетом их технологических возможностей. Особенно целесообразно использовать эти станки при обработке деталей сложной формы с большой трудоемкостью изготовления, преимущественно корпусных.

Наиболее часто в этих условиях применяются многооперационные или многоцелевые станки (они же – «Обрабатывающие центры»), которые удовлетворяют важнейшим технологическим требованиям.

Так они имеют расширенные функциональные возможности, способностями к переналадке, чем обеспечивается их технологическая «гибкость», как по видам обработки, так и по режимам резания, по габаритам обрабатываемых деталей, по типу применяемого режущего инструмента.

На них выполняется широкий спектр технологических операций: обработка мерным инструментом (сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы метчиками и плашками и т. п.), различные виды токарной обработки (расточка отверстий, выполнение канавок, подрезка торцев и др.), а также обработка разнообразных поверхностей фрезерованием.

Обработка корпусных деталей на многоцелевых станках обусловила целый ряд специфических требований к технологическим возможностям этих станков, их компоновке и конструкции, к точности их работы. По последнему требованию современные многоцелевые станки, как правило, стоят уже часто на одном уровне с координатно-расточными станками, что обусловлено высокими требованиями по точности обработки корпусных деталей:

· диаметральные размеры основных отверстий под подшипники соответствуют IT6…IT11. Отклонение формы отверстий (отклонение от круглости в поперечном сечении и конусообразность или изогнутость в продольном сечении) находятся для ответственных деталей в пределах 0, 12…0, 3 допуска на диаметр отверстия;

· отклонения межосевых расстояний главных отверстий зависят от степени точности размещённых в корпусе механизмов и передач. Позиционный допуск для них принимается равным, ±(0, 6…0, 7)D, где D – допуск межосевого расстояния передачи;

· отклонение от соосности относительно общей оси посадочных отверстий под различные типы подшипников соответствуют 4–6-й степени точности;

· отклонения от параллельности и перпендикулярности осей главных отверстий относительно плоских поверхностей составляют от 0, 01 до 0, 15 мм на 200 мм длины, предельные угловые отклонения оси одного отверстия относительно оси другого должны находиться в пределах от 0, 005 до 0, 1 мм на 200 мм длины;

· точность расстояния от осей главных отверстий до базирующей плоскости для большинства деталей составляет 0, 02–0, 5 мм;

· отклонение от плоскостности и параллельности для поверхностей размерами до 500 мм обычно находится в пределах 0, 01–0, 07 мм, а у ответственных корпусных деталей – от 0, 002 до 0, 005 мм;

· предельное отклонение от параллельности и перпендикулярности одной плоской поверхности относительно другой 0, 01 - 0, 1 мм на длине поверхности, а для деталей повышенной точности 0, 003 - 0, 01 мм на длине 200 мм;

· точность расстояний между двумя параллельными плоскостями для большинства деталей находится и в пределах 0, 02–0, 5 мм; а у корпусных деталей повышенной точности – в пределах 0, 005–0, 01 мм;

· параметры шероховатости плоских базирующих поверхностей Ra=1, 25…6, 3 мкм, поверхностей главных отверстий Rа=2, 5…0, 16 мкм, а для ответственных деталей до Rа=0, 08 мкм.

Многоцелевые станки, которые сочетают возможности токарных станков с ЧПУ и обрабатывающих центров, в настоящее время являются одной из наиболее динамично развивающихся концепций металлообработки. Дальнейшее развитие таких станков ведется по направлениям, связанным с увеличением производительности, расширением их технологических возможностей и повышением точности работы самих этих станков.

Повышение производительности и расширение технологических возможностей современных многоцелевых станков достигают в первую очередь повышение быстроходности и мощности привода главного движения этих станков. Большинство современных многоцелевых станков имеет верхний предел частоты вращения шпинделя 6000–10000 об/мин. и мощность главного привода 10–25 кВт, достаточные для эффективного использования при обработке корпусных деталей современным режущим инструментом и большинства материалов заготовок. Имеются модели с частотой вращения до 20–30 тыс. об/мин. и более.

Продолжает сокращаться время автоматической смены режущего инструмента (оно нормируется в пределах 5–10 с), а время смены столов-спутников с деталями лежит в пределах 10–20 с. Значительно повысилось быстродействие и других вспомогательных механизмов станков.

В приводах подачи рабочих органов многоцелевых станков используют регулируемые высокомоментные электродвигатели постоянного тока или частотно-регулируемые электродвигатели переменного тока в сочетании с прецизионными шариковыми винтовыми парами. При этом величины рабочих подач изменяются практически от нуля до скорости быстрых перемещений (до 10–20 м/мин). В ряде многоцелевых станков скорость быстрых перемещений рабочих органов повышена до 30–40 м/мин.

Высокие требования по точности линейного и углового позиционирования рабочих органов многоцелевых станков объясняются тем, что, например, отклонение от параллельности и перекос осей при растачивании отверстий в корпусных деталях определяются точностью установки координат стола относительно шпинделя станка, а также точностью поворота стола с деталью при переходе к растачиванию отверстий, расположенных в противоположной стенке детали. Точностные параметры линейных и поворотных столов приведены в соответствующем разделе нашего пособия.

Часто на многоцелевых станках применяются измерительные щупы, устанавливаемые в шпиндель станка, с помощью которых измеряют обрабатываемую деталь непосредственно на станке перед чистовым проходом или после окончательной обработки. В этом случае многоцелевой станок выступает как измерительная машина, что также требует его высокой точности. В этом случае можно говорить об активном контроле.

Можно, также, сформулировать следующие требования, предъявляемые к такому оборудованию со стороны технологического процесса:.

1. Учитывая то, что детали, обрабатываемые в ГПС могут отличаться материалом заготовки (в т.ч. алюминиевые и цветные сплавы, а также труднообрабатываемые стали), от станков требуются повышенные частоты вращения шпинделя. Это позволяет обрабатывать и мелкие отверстия в стальных деталях с требуемыми скоростями резания..

2. Шпиндельные узлы должны обладать повышенной жесткостью и прочностью конструкции, т. к. станки данного вида применяются как для чистовой, так и для черновой обработки. Кроме того, часто выполняются фрезерные работы, связанные со снятием больших припусков.

3. Повышенная точность вращения шпинделя, т. к. от этого зависит точность обработки. Для этого в конструкциях шпиндельных узлов применяются механизмы натяга опорных подшипников.

4. В конструкции станка должна быть обеспечена возможность автоматической смены инструмента, т. е. разработаны специальные механизмы “манипуляторы”, заменяющие инструмент в шпинделе. Время на замену инструмента регламентируется в пределах до 10 секунд.

5. Должна быть обеспечена возможность удаления стружки из зоны резания и от станка, а также подача СОТС для охлаждения. Для этого станки имеют специальное ограждение рабочей зоны типа «Аквариум».

6. Обеспечение точности перемещения подвижных узлов (например, столов или шпиндельных бабок), на чем остановимся более подробно.

Точность станка с ЧПУ оговаривается и определяется двумя показателями:

- «ценой элементарного импульса» (или «дискретностью»), которая указывается в технической характеристике станка (в его паспорте) и количественно соответствует перемещению данного узла при отработке одного элементарного импульса, заложенного в программе и подаваемого на соответствующий привод перемещения. Его величина обычно колеблется, в зависимости от точности станков, в узких пределах от 1 до 5 мкм;

- погрешностью позиционирования, под которой можно понимать отклонение фактического положения подвижного узла от положения, предусмотренного по программе, т. е. в точке с заданными координатами.

На величину последней погрешности влияют многие факторы, делающие ее случайной величиной. Среди них: масса обрабатываемой детали, условия трения, колебания давления воздуха или масла в системах станка, скорость перемещения узла до начала торможения, температурный режим работы станка, а также износ его направляющих.

Можно отметить зависимость точности получаемых размеров обрабатываемой на станке с ЧПУ детали от основных влияющих факторов в следующем виде

, (2.1)

где: t= 0...t – интервал времени;

Y – параметр точности размера детали.

Данная модель показывает, что параметр точности величина случайная и векторная. Она зависит от большого количества случайных векторных величин, изменяющихся во времени:

А – воздействие в технологической системе из-за сбоев в настройке оборудования.

В – факторы, приводящие к отклонению размера из-за непостоянства механических свойств заготовки или наличия дефектного слоя.

С – погрешности, вызванные геометрическими отклонениями заготовки (неравномерность и непостоянство припуска).

D – факторы, вызываемые влиянием режимов обработки.

Е – параметры, характеризующие саму обрабатывающую систему (температурная деформация станков, величина износа их направляющих и других элементов, погрешность позиционирования подвижных узлов).

Установлено, что с износом станка погрешность позиционирования возрастает. На погрешность позиционирования оказывает влияние направление подвода рабочего органа: при одностороннем подводе – отмечается повышенная точность, а при двухстороннем она падает на 25...30%.

Все станки с ЧПУ по точности делятся на 4 класса:

Н – нормальной точности (погрешность обработки на них принимаем равной 1);

П – повышенной точности (погрешность для них равна 0, 6 от Н);

В – высокой точности (соответственно, это 0, 4 от погрешности Н);

А – особо высокой точности или прецизионные (соответственно, их погрешность составляет 0, 25 от погрешности станков класса Н).

Эти индексы часто содержатся в обозначениях моделей станков отечественного производства. При работе станков в составе ГПС на них заводят паспорт, куда заносят значения погрешностей по отдельным параметрам (например, биение шпинделя, погрешность позиционирования и т. д.).

Таким образом, практическое значение погрешности позиционирования, даже для точных станков, может составлять 0, 02–0, 03 мм. Погрешность позиционирования станка наиболее достоверно может определяться экспериментальной проверкой с учетом конкретных условий производства и его эксплуатации.

7. Станок должен содержать инструментальный магазин, при этом количество инструментов в нем должно быть больше, либо равно потребному количеству инструментов для данной технологической операции.

8. Наличие устройства автоматической смены заготовок. Время смены заготовки регламентировано в пределах 30...40 секунд. При этом данное время является вспомогательным неперекрываемым и непосредственно влияет на длительность цикла обработки и на производительность.

В качестве таких устройств рекомендуется (в первую очередь для деталей простой формы) использовать промышленные роботы. Если же обрабатываются сложные по форме детали, зачастую не имеющие устойчивого положения, то они подаются на стол станка закрепленные предварительно в приспособлении-спутнике. В этом случае достигается целый ряд преимуществ:

- постоянство усилия зажима детали, которая может проходить обработку на нескольких станках без ее перезакрепления, что ведет к повышению точности обработки за счет постоянства величины усилия зажима;

- использование принципа «постоянства технологических баз» также способствует повышению точности обработки деталей;

- спутник является универсальным приспособлением, применяемым при обработке, транспортировке, контроле и в период хранения деталей;

- он имеет зажимное приспособление с автономным зажимным механизмом, а это позволяет ему перемещаться на значительные расстояния по участку без подвода энергоносителя (например, сжатого воздуха);

- спутник снабжается системой кодирования (в простейшем случае – механической кодовой линейкой), чем достигается строго заданная адресация его в пределах участка или ГПС.

Примечание. Приветствуется вариант курсового проекта, в котором студентом будет предложена конструкция приспособления-спутника, как вида средств технологическ5ого оснащения, которое позволяет, помимо всего прочего, решать вопрос автоматизации транспортирования деталей.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒