Тема 10. Програмування оброблення на багатоопераційних верстатах з ЧПК

Багатоопераційний верстат з ЧПК — це комплексна автоматична система, керована за допомогою отримуваної інформації. Верстат застосовується для оброблення деталей з автоматичним введенням у дію інструментів з певною послідовністю

Розглянемо конструктивні особливості БОВ, призначеного для оброблення корпусних, плоских деталей складної конфігурації. Оскіль­ки корпусні деталі коробчастої форми становлять 60...70 % загальної кількості деталей, оброблюваних на БОВ, переважають верстати з го­ризонтальним розташуванням шпинделя та поворотним столом. Саме на цих верстатах можливе оброблення деталей за одне встановлення з кількох боків. Останні дослідження БОВ показали, що на вертикальні компоновки припадає 34 %, решта — їх горизонтальні компоновки

Багатоопераційні верстати вертикальної компоновки призначені для оброблення плоских деталей, що забезпечує жорсткість закріплення їх на столі. Верстати з горизонтальною компоновкою мають рухому та нерухому колони, верстати з вертикальною компоновкою — здебіль­шого нерухому колону та рухомий хрестовий стіл. Горизонтальна компоновка БОВ із столом завширшки 500 мм з поздовжньою (рухомою) колоною і поперечно-рухомим столом має переваги за жорсткістю та міцністю порівняно з компоновкою з нерухомою колоною і хрестовим столом

Шпинделі монтують на презиційних дворядних роликових або конічних роликових підшипниках, які забезпечують високу жорсткість конструкції та точність частоти обертання. Широкого діапазону робо­ти, що виконуються на БОВ, ставлять різні вимоги до шпинделів: пот­рібно поєднати високу жорсткість при чорновому фрезеруванні й ро­зточуванні та підвищену швидкохідність при обробленні малих отво­рів. Тому прагнуть створити конструкції опор, які забезпечують регу­лювання натягу їх залежно від виду оброблення

У БОВ є жорстка шпиндельна головка і немає переміщуваного пінолю. В шпинделях стандартизовано конус для закріплення інстру­ментів, що дає змогу на одному підприємстві, використовуючи різно­манітні БОВ, застосовувати той самий інструмент

Конструкція автоматичного затискного пристрою забезпечує на­лежну силу затиску інструмента залежно від розміру конуса. В нала­годжувальному режимі затискування та відтискування інструмента можуть здійснюватися при його заміні або в будь-якому іншому по­ложенні шпиндельної головки. Вже є верстати з вертикальним розта­шуванням поверхні стола, що поліпшує умови відведення стружки та мастильно-охолодної рідини

Для переміщення робочих органів використовуються напрямні ковзання, а також комбіновані напрямні. Більшість БОВ мають ста­леві накладні шліфовані напрямні й танкетки кочення, які зберігають жорсткість верстатів завдяки натягу в двох напрямках. Застосовувані гідравлічні напрямні забезпечують високі жорсткість та експлуатаційні якості БОВ

Відсутність тертя та механічного спрацювання напрямних при постійному повітряному зазорі має ряд переваг. Форми напрямних є традиційними: прямокутні призми, У-подібні або комбінації їх. У при­воді головного руху БОВ використовуються двигуни постійного струму з тиристорним керуванням у поєднанні з дво- або чотиридіапазонною коробкою швидкостей. Діапазон регулювання частоти обертання двигунів без зміни потужності їх становить 32...3500 хв^-1. Потужність головного привода малих БОВ становить 5 кВт, великих і унікальних — 45 кВт. У приводах переміщення робочих органів використову­ються високомоментні регульовані двигуни постійного струму в поєд­нанні з кульковими гвинтовими парами. Це забезпечує широкий діа­пазон подач, високу швидкість переміщень і жорсткість привода. Елек­тродвигуни з'єднують з ходовим гвинтом за допомогою беззазорних муфт, іноді вводять проміжну передачу

Гідродвигуни практично не застосовуються. Завдяки використан­ню високих крутних та інерційних моментів швидкість допоміжного (холостого) ходу, яка становить близько 10 м/хв, досягається навіть при невеликих переміщеннях робочого органа

Різноманітність конструкторських рішень вузла автоматичної за­міни інструмента можна звести до магазинів двох типів: барабанного і ланцюгового, які розташовують як окремий вузол поруч з верста­том або на колоні (збоку чи зверху) чи на шпиндельній головці. Кожна з компоновок має і переваги, і недоліки. Окремо встановле­ний магазин можна використовувати в різних верстатах, він зруч­ний у монтажі й не впливає на точність верстата, оскільки не де­формує його базові елементи, хоча й збільшує площу, яку займає. Магазин, розміщений на колоні збоку чи зверху, скорочує довжину переміщення інструмента для його встановлення в шпиндель, ускладнює встановлення інструмента в магазин у разі його розташування зверху колони. Якщо магазин встановити на шпиндельній головці, то заміну інструмента можна здійснювати в будь-якому положенні маніпулятора. Це скорочує час заміни (проте збіль­шує масу шпиндельної головки), що потребує більшої противаги та збільшення жорсткості напрямних і основних базових елементів вер­стата

Інструмент замінюється за допомогою двоплечого автооператора. Він захоплюється з гнізда магазина, а при значному віддаленні ос­таннього від шпинделя — з проміжної позиції. Кількість інструментів у магазині дорівнює 20…120, а у БОВ середніх розмірів — 30

Аналіз корпусних і плоских деталей складної конфігурації показує, що для оброблення 85 % з них досить 30 інструментів. Магазини з кількістю інструментів 30...40 мають дискову форму, з більшою кількі­стю — ланцюгову. Маса та довжина інструментів обмежуються, що пов'язано з жорсткістю конструкції маніпулятора й об'ємом вільної зони для заміни

У верстатах з вертикальною компоновкою шпинделя при заміні інструмента потрібно відводити робочий стіл з деталлю. Для малих і середніх БОВ маса інструмента становить 10... 16 кг, довжина — 300...400 мм. У деяких конструкціях магазинів інструменти захищені від пилу та бруду, а при встановленні в шпиндель обдуваються. Час заміни інструмента не перевищує 10... 12 с (від закінчення знімання металу одним інструментом до початку різання іншим)

Заміна інструмента за допомогою револьверних головок у сучасних конструкціях БОВ не передбачається. З метою скорочення часу на замі­ну деталі застосовуються автоматизовані пристрої, які за програмою знімають оброблену деталь з робочого стола і встановлюють нову заго­товку, причому заготовки розміщуються на столах-супутниках. Біль­шість таких пристроїв є двопозиційними, розташованими збоку або перед верстатом й оснащеними механізмом переміщення стола-супутника (рис. 1, а). Поки на верстаті обробляється деталь, на другій позиції вста­новлюється нова заготовка. Після закінчення оброблення робочий стіл верстата виходить на позицію заміни деталі і пристрій за допомогою захвата (кліщеподібного або кільцевого) знімає стіл-супутник на себе поворотом двопозиційної поворотної платформи

Існують також однопозиційні пристрої автоматичної заміни інстру­мента, які встановлюються з різних боків верстата (рис. 1, б). В цьому разі робочий стіл послідовно виходить то на одну, то на іншу позицію. С також двопозиційні пристрої паралельної дії (рис. 1, в), застосу­вання яких веде до скорочення шляху переміщення робочого стола на позицію заміни деталі

При автоматичній заміні заготовок, що встановлюються на столах-супутниках, потрібно забезпечити стабільну точність оброблення всіх заготовок. Параметри столів-супутників, які впливають на точність оброблення деталей, повинні мати мінімальний розкид. Водночас тре­ба забезпечити точність і стабільність базування супутника на столі верстата. Іноді для розв'язання цієї задачі використовуються датчики, що контролюють фактичний стан супутника на столі верстата з уве­денням коригування КП за зміщеними координатами. Точність вста­новлення столів-супутників БОВ становить 0,005...0,02 мм

Можливість суміщення часу встановлення деталі з часом її оброб­лення досягається конструкцією самого супутника, робоча поверхня якого має сітку точних отворів, а також сітку нарізних отворів або Т-подібних пазів. Рідше зустрічається поєднання їх. Відстані між осями отворів дотримуються з точністю до 0,01...0,02 мм, що дає змогу ста­більно встановлювати деталі в системі зібраних на столі базуючих еле­ментів, від яких залежить точність оброблення. Час автоматичної за­міни деталі на БОВ на перевищує 30...40 с

Елементами, що забезпечують роботу БОВ, є пристрої подачі мастильно-охолодної рідини в зону різання та автоматизованого від­ведення стружки. Застосування таких пристроїв дає змогу скороти­ти час простоїв, пов'язаних з видалянням стружки, поліпшує умови праці операторів, подовжує термін використання мастильно-охо­лодної рідини завдяки зменшенню контактування із стружкою. Кон­струкції сучасних БОВ, хоча й оснащено "кабінетним захистом", але в них забезпечено зручний підхід до зони встановлення деталі та інструмента. Цей захист не заважає налагодженню верстатів. Че­рез вікна оператор спостерігає за процесом оброблення, станом і роботою інструментів, а в разі аварійної ситуації приймає необхід­не рішення

Оскільки оброблення деталі є автоматичним, похибки позиціювання її лінійних розмірів при обробленні за прямокутним циклом, геометричні розміри складних контурів і поверхонь повторюються з усіх деталях однієї партії. Показниками точності БОВ є позиціювання та точність міжосьових відстаней оброблених отворів, а також відтво­рення контуру деталі, коли він утворюється одночасним рухом за дво­ма координатами. Точність БОВ багато в чому залежить від жорсткості його базових елементів, напрямних тощо. Відтак при конструюванні БОВ особливу увагу приділяють вибору їх поперечних перерізів і створенню замкнених конструкцій

У багатьох БОВ базові елементи є зварними. При проектуванні їх звертають увагу на місця стиків, які впливають на жорсткість верстата. Передачі «гвинт-гайка кочення», як і роликові напрямні, завдяки малому тертю зменшують нагрівання та спрацювання порівняно з пе­редачами ковзання

У сучасних конструкціях БОВ найпоширенішими є два типи відлікових систем: індуктивний датчик лінійних переміщень (індуктосин) і фотоімпульсний датчик. Індуктосин складається з однієї або кількох лінійок і головки, на яких розташовано друковані обмотки, виконані на фольговому діелектрику. Лінійки прикріплюють на одному з вузлів, який взаємно переміщується, головку — на іншому. Покриття, нане­сені на поверхні лінійки та головки, дають змогу використовувати дат­чик у цехових умовах. Фотоімпульсний датчик установлюють на ходо­вому гвинті верстата (дискрета відліку дорівнює 1...2 мкм). Точність переміщення залежить від точності виконання ходового гвинта і її можна коригувати