4.4. Умови раціонального використання і основні переваги верстатів з пк

Використання того чи іншого виду обладнання залежить від складності деталі, що виготовляється, і серійності виробництва. Чим менша серійність виробництва, тим більшу технологічну гнучкість повинен мати верстат. В одиничному виробництві при виготовленні деталей дуже малими партіями (1...3 шт) можна застосовувати для автоматизації верстати з попереднім набором координат і цифровою індикацією. При виготовленні складних деталей в одиничному виробництві, а також для автоматизації дрібносерійного виробництва найефективніше застосовувати верстати з ЧПК. Сьогодні для таких виробництв широко використовують верстати з оперативною системою програмного керування. Вона дає змогу робітнику вести діалог з вмонтованим керуючим пристроєм багатопроцесорної міні-ЕОМ. Програма вводиться безпосередньо на верстаті з пульта керування. Відпрацьована програма зберігається в оперативній пам'яті міні-ЕОМ (або переноситься в касету зовнішньої пам'яті для довшого зберігання).

У серійному виробництві доцільно використовувати верстати як з ЦПК, так і з ЧПК.

В умовах великосерійного виробництва широко використовують верстати з ЧПК для виготовлення корпусних деталей і деталей типу тіл обертання.

У деяких випадках при виготовленні деталей зі складним профілем (наприклад, гребний гвинт) використання верстатів з ЧПК є майже єдиним технічно виправданим розв'язком. Це обладнання доцільно застосовувати і тоді, коли неможливо швидко виготовити оснащення.

Основні переваги верстатів з ПК:

- продуктивність підвищується в 1,5...6 разів;

- поєднується гнучкість універсального обладнання з точністю і продуктивністю верстатів-автоматів;

• якісно переоснащується машинобудування на базі сучасної електроніки і обчислювальної техніки;

• знижується потреба в кваліфікованих робітниках-верстатниках, а підготовка виробництва переноситься у сферу інженерної праці;

• скорочується час слюсарних робіт в процесі складання, за рахунок підвищення точності;

• скорочується термін підготовки і переходу на виготовлення нових виробів (деталей) завдяки централізованому запису програм і застосуванню універсальнішого технологічного оснащення;

• зменшується тривалість циклу виготовлення деталей і зменшується запас незавершеного виробництва;

• покращуються умови праці робітників.

Основні недоліки верстатів з ПК:

• висока вартість;

- великі витрати на обслуговування (необхідність створення відділів підготовки керуючих програм і обслуговування систем керування), які можуть окупитися тільки при наявності певного парку верстатів на підприємстві.

Компонування агрегатних верстатів з ЧПК

Beрстати, що змонтовані з уніфікованих елементів і керуються числовою програмою, отримали назву агрегатних верстатів зЧПК .

Агрегатний верстат з ЧПК складається з таких уніфікованих елементів: поворотного стола 1, центральної станини 2, стояка 3 (три стояки) з шпиндельною бабкою 4, механізму автоматичної зміни інструмента (три механізми) 5, хрестового стола 6, хрестово-поворотного стола (два столи) 7. Оброблювана деталь закріплюється на планшайбі поворотного стола, який встановлений на центральній станині, довкола стола розташовані три силові агрегати (силовий агрегат складається із стояка зі шпиндельною бабкою, що встановлена рухомо на хрестовому або хрестово-поворотному столі), які одночасно здійснюють обробку деталі.

На усіх трьох силових агрегатах 1,11,111 шпиндельні бабки 4 переміщаються по напрямних стояків 3 у вертикальному напрямку (координати ,Y,Q,V). Стояк зі шпиндельною бабкою агрегата І встановлений на хрестовому столі і перемішається у напрямку осі шпинделя (координата Z) і перпендикулярно до неї (координата X). На агрегатах II і III стояки зі шпиндельними бабками встановлені на хрестово-поворотних столах і переміщаються в напрямку осей шпинделів (координати R і W) і по дузі, центр якої cпівпадає з віссю планшайби поворотного стола|(координати Dі E).

Можливість повороту за координатами D і Е - це суттєва особливість конструкції верстата, що дає змогу змінити кут між осями трьох шпинделів і тим самим одночасно трьома агрегатами обробляти поверхні деталей, які розташовані одна до однієї під різними кутами.

Загальна схема компонування агрегатного верстата з ЧПК аналогічна схемі традиційного (спеціального) агрегатного верстата. Відмінність полягає ось у чому: кожна силова головка (шпиндельна бабка) агрегатного верстата з ЧПК може і переміщатися за трьома координатами, що забезпечує різке збільшення операційного поля верстата: силові агрегати верстата мають магазини інструментів і механізми автоматичної зміни інструментів, які забезпечують виконання на верстаті при автоматичному циклі його роботи велику кількість технологічних операцій; керування координатними переміщеннями рухомих органів верстата, роботою шпиндельних бабок, зміною інструментів, технологічними командами, що здійснюються від пристрою ЧПК.

На цих агрегатних верстатах можна автоматично виконувати комплексну обробку деталей за одне встановлення і швидко їх переналагоджувати на обробку інших деталей. Переналагодження верстата полягає у зміні керуючої програми і при необхідності, пристрою для встановлення заготовки та інструментальних налагоджень в магазинах силових агрегатів. Таким чином, агрегатні верстати з ЧПК за технологічними можливостями можна віднести до класу багатоцільових і багатошпиндельних верстатів.

БАГАТОЦІЛЬОВІ ВЕРСТАТИ

Під багатоцільовим верстатом (БЦВ) розуміють автоматизований верстат з ЧПК з високим ступенем інтеграції операцій, тобто верстат, що виконує декілька видів обробки на складних заготовках з різних боків без їх перебазування і, як правило, з автоматичною зміною інструментів. Деколи такі верстати називають багатоопераційними верстатами, машинними центрами, або оброблюючими центрами.

Передумовою появи БЦВ стало загальне підвищення вимог до мобільності обладнання, необхідності автоматизації серійного, дрібносерійного та індивідуального виробництва,де самі умови визначають часте переналагодження обладнання на обробку різних деталей.

Технічні можливості БЦВ відкривають широкі перспективидля створення на їх базі гнучких виробничих систем (ГВС). Завдяки ГВС вирішується проблема цілодобового використання обладнання, відкривається можливість практичної реалізації « безлюдної технології».

При обробці деталей на БЦВ в роботі знаходиться один інструмент, в деяких випадках –кілька, тобто, як правило, немає суміщення операцій і переходів. Отже, ефективність БЦВ в порівнянні з одноцільовими верстатами досягається завдяки скороченню часу транспортування деталей, а також зменшенню підготовчо- заключного часу. Використання БЦВ у великосерійному і масовому виробництві неефективне . І

Компонування БЦВ дуже різноманітне . Багато з них зберегли і зовнішній вигляд і особливості компонувань універсальних верстатів при суттєвій зміні усіх основних вузлів і механізмів. БЦВ компонуються за типом вертикальних і координатно-свердлильних (2431ВФ4; ), горизонтально-фрезерних , вертикально-фрезерних (6Р11МФЗВ) , горизонтально-розточувальних (ИР5000МФ4, 6305Ф4, 2623ПМФ4) та ін. Більша частина їх має одностоякове компонування з рухомим безконсольним хрестовим столом, позитивними характеристиками якого є висока жорсткість і точність переміщень. Можуть бути БЦВ портального, двостоякового виконання (6560МФЗ, ).

БЦВ Іванівського верстатобудівного заводу (Росія) типу ИР випускаються декількох модифікацій. На верстатах ИР-5ООМФЧ і ИР-500ПМ1ФЧ можна обробляти деталі особливо складної конфігуращї з п'яти боків за одне встановлення, і отримувати точні взаємопоєднані у просторі поверхні, розташовані під будь- яким кутом одна до одної. Можлива обробка фасонних поверхонь з використанням двох безперервних колових подач. |

Верстат БЦВ ИР-320ПМФЧ протягом тривалого часу виготовляли на Львівському заводі фрезерних верстатів; він має 4-місний нагромаджувач столів- супутників; може здійснювати токарну обробку на столі, що обертається з потрібною частотою.

Токарний верстат з ЧПК буде багатоцільовим, якщо він, маючи систему автоматичної зміни інструментів, оснащений додатковими інструментальними шпинделями для виконання операцій фрезерування, свердління отворів із зміщеннями.

V1 - швидкість переміщення магнітного поля; V2 - швидкість робочого органа

Вузол поступального переміщення (стіл фрезерного, супорт токарного верстатів та ін.) з'єднується з планкою 1 з магнітопровідного матеріалу. На виступах деталі 2 намотана обмотка, аналогічна обмотці статора крокового двигуна змінного струму. При проходженні змінного струму створюється біжуче магнітне поле, яке приводить в рух планку разом з відповідним вузлом верстата. Подібна конструкція в механізмі подач заміняє комплекс, що складається із звичайного електродвигуна роторного типу, з'єднувальної муфти і кулькової пари гвинт-гайка.Такий привод має менші масу і габаритні розміри, покращує динамічні характеристики механізму і застосований, наприклад, в електроерозійному верстаті черкаського заводу "Ротор".

Пристрої для зміни заготовок

На компонування БЦВ в ряді випадків може впливати спосіб зміни заготовок, що встановлюються безпосередньо на столі верстата або закріплюються в пристрої,і саме в пристрої-супутнику.

На цих верстатах застосовують прості пристрої, звичайно складені з універсальних елементів, а час, що витрачається на зміну заготовки, суміщується з роботою верстата. Це досягається так:

1. На столі передбачається завантажувальна позиція. Наприклад, під час обробки заготовки, яка встановлена на одному поворотному столі, наступну заготовку закріплюють на другому , який зміщується на робочу позицію. Цей спосіб зміни заготовки називається маятниковим.

2. Застосовується двопозиційний поворотний стіл або багатопозиційний барабан із завантажувальною позицією.

3. Під час обробки однієї заготовки наступну закріплюють на плиті-супутнику.

По закінченні циклу плита-супутник швидко затискається в найпростішому пристрої па столі верстата.

4 .Швидка зміна плит-супутників 1 (рис.17.5) здійснюється шляхом їх зміщення з робочого стола 2 на допоміжні 3 або 4. Одночасно або після того з допоміжного стола 3 плита-супутник з новою заготовкою встановлюється на робочу позицію.

Рис.17.4. Способи зміни заготовки за допомогою стола:а - пересувного; б - поворотного

Компонування (рис. 17.5., а, б, в) відрізняються зручністю і компактністю оскільки позиції завантаження і розвантаження або суміщені, або розташовані поблизу одна від одної. Плити-супутники пересуваються по рольгангах або повітряній подушці вручну, а також за допомогою гідравлічних штовхачів.

Для забезпечення ефективного відведення стружки із зони обробки фірмою "Бернхард Штайнель (ФРН) розроблена конструкція поворотного стола з нахилом осі повороту стола до горизонту під кутом 45°. Заготовка затискається на позиції 1 (рис.17.6), а обробка здійснюється на позиції 2, розташованій під кутом 90°.

Рис.17.6. Стіл з похилою віссю повороту

Механізми автоматичної зміни інструментів

Найхарактернішою ознакою БЦВ є наявність пристрою для автоматичної зміни інструментів, до яких ставляться такі вимоги: мінімальні витрати часу на зміну інструменту; висока надійність; достатня місткість при мінімальній площі; зручність обслуговування; надійний захист інструментів і їх посадочних місць від забруднення; можливість ручної зміни інструментів.

Конструктивне і компонувальне виконання механізмів автоматичної зміни

інструментів залежить від типу верстата, розташування шпинделя, кількості типів

інструментів, часу зміни інструментів.

Компонyвaння цих механізмів у верстатах свердлильно-фрезерно-розточувальної групи діляться на три основні групи: 1) із заміною цілого шпиндельного вузла; 2) із зміною інструмента у шпинделі верстата; 3) комбіновані (магазин в сполученні з револьверною головкою або автоматична і ручна заміна інструментів).

Пристрої першої групи виконуються або у вигляді револьверної головки з набором шпинделів, або у вигляді магазина, в якому розташовані шпиндельні гільзи. У першому випадку головка розташовується на шпиндельній бабці верстата.

Такі пристрої прості і компактні, час зміни інструментів складає 1...3 с. Їх недоліки: обмежена кількість інструментів (до 8 шт.); обмеження робочої зони: недостатня жорсткість і точність порівняно коротких шпинделів. У другому випадку шпиндельні гільзи 1, що розташовані в магазині барабанного або лінійного типу, почережно займають робоче положення 4, при цьому шпиндель 2 з'єднується з приводом головного руху, а гільза 1 шпинделя - з приводом подач. В магазині встановлюється 15...20 гільз, в яких можуть бути змонтовані швидкохідні шпинделі для легких робіт і жорсткі шпинделі для важких робіт. Переваги: надійне і точне ручне закріплення інструментів в шпин­делях; достатньо велика кількість інстру­ментів; малий час зміни(2...3 с). Недоліки магазина шпиндельних гільз: обмеження робочого об’єму верстата; висока вартість; невисока точність обробки.

Найширше розповсюдження отримали БЦВ з механізмами автоматичної зміни інструментів другої групи, що складаються з інструментального магазина, автооператора для переносу інструментів від магазина до шпинделя і навпаки і транспортного пристрою для передачі инструмента до автооператора.

Магазини можуть бути встановлені на шпиндельній головці, на колоні, на столі і за межами верстата.

При встановленні магазина на столі верстата зменшується корисна площа стола,

збільшуються витрати часу на зміну інстру­мента, тому такий спосіб встановлення

магазина не отримав широкого розповсюдження.

Значно спрощується завантаження і транспортування інструмента з магазина в шпиндель при встановленні магазина 1 (рис.17.8, а) на шпиндельну головку. Револьверний магазин 1, обертаючись, підводить необхідний інструмент до співпадання його осі з віссю шпинделя 2. Гільза шпинделя 2 захоплює оправку з інструментом 3, виносить його з магазина 1 і, просуваючись далі, здійснює робочий цикл. При зворотному ході оправка залишається в магазині, а шпиндель піднімається вище, щоб не заважати повороту револьверного магазина. В порівнянні з механізмами першої групи даний тип має такі переваги: більш жорсткий шпиндель, оскільки він не обмежений за довжиною; вищу точність обробки; збільшений робочий хід, відсутність автооператора спрощує конструкцію і зменшує витрати часу. Недоліки: обмежена місткість магазина (до 16 інструментів); робочу зону частково перекривають інші інструменти.

Цих недоліків на мають магазини, які розташовані на колоні верста або збоку від верстата. Але при такому виконанні ускладнюються усі пристрої необхідні автооператори, транспортувальні засоби для підведення інструмента, збільшується час його зміни. Необхідна місткість магазина визначається з аналізу технологічного процесу деталей, які будуть оброблятися на даному БЦВ. Магазини 1 виконують дисковими (рис. 17.8, б, в), барабанними (рис.17.8. г), ланцюговими (рис. 17.8,д), планетарними (рис. 17.8. е).

При виборі тину магазина зміни інструмента враховують ось що. При малій кількості інструментів (до 8 шт.), невисокій точності обробки можна застосувати револьверну головку, при підвищених вимогах до точності обробки необхідно використовувати револьверний магазин. При кількості інструментів 30...40шт. застосовують дискові або барабанні магазини, а при збільшенні кількості інструментів до 100 шт. і більше встановлюють ланцюговий магазин.

Токарний гнучкий виробничий модуль ИРТ180ПМФ4

Модуль призначений для комплексної обробки-точіння циліндричних, конічних і фасонних поверхонь; фрезерування площин і пазів складної конфігурації, свердління отворів на зовнішній циліндричній і торцьовій поверхнях, нарізування різьб різцями і мітчиками. Може експлуатуватися як автономно, так і в складі ГВС.

Основні характеристики ГВМ ИРТ180ПМФ4

Найбільший діаметр оброблюваної деталі, мм 200

Найбільша довжина оброблюваної деталі, мм 165

Діаметр отвору в щпинделі, мм 50 Найбільший діаметр свердління інструментом, що не обертається, мм 20

Найбільший діаметр свердління інструментом, що обертається, мм 12

Найбільший діаметр фрези, мм 20

Кількість індексованих робочих позицій револьверної головки 12 Кількість інструментальних гнізд:

по периферії револьверної головки 12

по торцю револьверної головки 12 Найбільше програмоване переміщення, мм:

полозок (вісь X) 245

супорта (вісь Z) 400

Межі частот обертання шпинделя виробу, хв_1 . 20...4000

Межі частот обертання свердлильно-фрезерного шпинделя, хв1 40 ..4000 Межі подач:

полозок, мм|хв 1...5000

супорта, мм/хв 1...5000

шпинделя виробу (вісь С'), хв"1 0,01. ..16

У складі гнучкого виробничого модуля промисловий робот обслуговує, звичайно, три позиції: завантажувальну позицію нагромаджувача Н заготовок; робочу позицію А верстата; розвантажувальну позицію К транспортера або нагромажувача деталей. Фактична продуктивність оброблюючого модуля визначається коефіцієнтом використання верстата , який залежить від тривалості його обслуговування роботом, віднесеної до загальної тривалості Т обробки деталі на верстаті.

Розглянемо для прикладу циклограму обслуговування промисловим роботом токарного верстата . Початок цього циклу відноситься до моменту зупинки шпинделя, коли формується команда на виконання маніпуляційних дій. Закінчення періоду обслуговування співпадає з виходом захоплюючого пристрою маніпулятора із робочої зони верстата і початком робочого циклу обробки T.

РОБОТИЗОВАНІ ТЕХНОЛОГІЧНІ КОМПЛЕКСИ

На базі технологічного обладнання з широким використанням промислових роботів, що виконують допоміжні або технологічні функції, створюється новий тип систем машин - роботизовані технологічні комплекси (РТК).

Верстатні системи різноманітних видів, що мають одну і більше одиниць технологічного обладнання при наявності у їх складі промислових роботів, прийнято називати роботизованими комплексами.

В РТК роботи виконують завантаження-розвантаження верстатів, пресів і інших машин або основні технологічні операції: складання, фарбування, контроль, зварювання, зачищення задирок та ін.

Практика застосування промислових роботів показує, що найбільша ефективність досягається, коли вони утворюють з верстатами єдиний робочий комплекс. З використанням промислових роботів створюються гнучкі автоматизовані дільниці, гнучкі автоматизовані лінії, окремі гнучкі виробничі модулі.

Структура робототехнічного комплексу може бути різноманітною залежно від складу технологічного обладнання, допоміжних пристроїв і промислових роботів.

До складу робототехнічного комплексу, в якому промислові роботи виконують тран­спортні функції, входить додаткове технологічне обладнання, наприклад, різного роду нагромаджувачі тощо. Промислові роботи можуть працювати разом з окремим облад­нанням (пресами, установками для зварювання та ін.). В цьому випадку такі операції, як зварювання, фарбування, складання можуть виконуватися безпосередньо на робочій позиції надходження заготовки або на транспортному конвеєрі з тактовим переміщенням.

За видом технологічного процесу робототехнічні комплекси можуть бути призначені для механообробки, холодного штампування, кування, литва, пресування пластмас, термічної обробки, зварювання, складання, контролю, випробовування та ін.

Компонування робототехнічних комплексів залежно від розміщення технологічного обладнання і промислових роботів може бути лінійним, коловим, лінійно-коловим.

Керування РТК ділиться на централізоване, децентралізоване і комбіноване. Централізоване керування може здійснюватися від ЕОМ або від спеціального пристрою, а децентралізоване - від місцевих пристроїв керування, які поєднані між собою для взаємної координації. Найпростішим варіантом такої координації є узгодження за часом початку і кінця окремих операцій (включаючи видавання команд і блокування). Комбіноване керування передбачає разом з централізованим керуванням використання місцевих пристроїв. Усі ці варіанти керування РТК можуть бути програмними і адаптивними як до основного технологічного обладнання, так і до роботів.

При обробці деталей на верстатах промислові роботи використовують переважно для автоматизації допоміжних операцій, що пов'язані із забезпеченням потоків заготовок та інструментів. Основні варіанти автоматизації обробки на верстатах із застосуванням промислових роботів : для обслуговування одного верстата в складі гнучкого виробничого модуля, для обслуговування групи верстатів, що утворюють гнучку автоматизовану дільницю, для обслуговування групою роботів гнучких автоматизованих ліній .

Для скорочення часу Т необхідно або збільшити швидкість руху маніпулят. і зменшити загальну довжину переміщень його робочого органа, або сумістити маніпулювання з робочим циклом верстата, створивши раціональну компонувальну схему гнучкого виробничого модуля.

Якщо обладнання, яке розташоване в РТК, утворює технологічний потік, такий комплекс називається роботизованою технологічною лінією (РТЛ).