В станках с ЧПУ для реализации сложных информационных и технологических процессов используется сочетание механических и электронных устройств (мехатронных узлов).
К мехатронных устройствам относятся устройства, обеспечивающие функции:
— контроля установки заготовок и спутников;
— контроля точности обработки;
— диагностирования узлов и инструмента;
— компенсации деформации узлов;
— оптимизации режимов обработки.
Мехатронные устройства представляют собой совокупность 3-х частей:
1. силовой (энергетической) системы;
2. информационной системы;
3. системы управления.
Полный цикл работы по изготовлению вот такой детали сдемонстрацией большого количества функций и работы систем :
Силовая система осуществляет механические перемещения, информационная система позволяет получать информацию о состоянии всех элементов и связывает их с системой управления, а система управления (электронная) управляет мехатронным устройством.
В станках с ЧПУ система управления обеспечивает требуемый режим работы приводов, корректируемый по сигналам обратной связи с датчиков, установленных или на двигателях или на исполнительных механизмах.
Примером мехатронного устройства является схема делительного стола зуборезного станка (рис. 2.50).
рис. 2.50
Схема управления двигателем М имеет обратные связи по току и угловой скорости за счет соответствующих датчика тока ДТ и тахогенератора ТГ. Угол поворота стола контролируется датчиком положения ДП. Ошибка главного привода корректируется осевым смещением червяка при помощи микропроцессорной системой МПУ через силовой электрический преобразователь (СЭП).
К мехатронной системе можно отнести устройство корректирующее режимы резания за счет контроля крутящего момента, возникающего за счет изменения сил резания, на шпинделе токарного станка.
На рис. 2.51 показана схема измерения крутящего момента на шпинделе токарного станка. В этом случае передача момента с вала 1 на шпиндель 5 происходит с помощью косозубых колес 6 и 4, для чего измеряется осевая сила Foc, действующая через подшипники на измерительную втулку 2 с тензометрическими датчиками 3. В этом случае сигналы воспринимаются от не вращающейся, легко доступной детали. При превышении допустимого момента происходит автоматическое изменение режимов обработки.
рис. 2.51
Устройства автоматической смены инструмента (АСИ).
Устройства автоматической смены инструмента (АСИ) применяются в автоматизированных станках и в станках с ЧПУ и служит для автоматической смены инструмента при обработке детали, в соответствии с технологическим процессом.
АСИ управляются единой системой управления и состоят из:
• накопителей инструментов (многопозиционные резцедержатели, револьверные головки, инструментальные магазины);
• автооператоров (манипуляторы) с захватными устройствами для смены инструмента в шпинделе станка;
• транспортирующие и зажимные устройства.
АСИ во многом определяют работоспособность станков и к ним предъявляются следующие требования:
— обеспечивать минимальное время смены инструмента,
— иметь необходимое количество инструментов для обработки сложных деталей,
— должны быть простыми по конструкции,
— безопасными в работе,
— обладать высокой надежностью,
— обеспечивать высокую точность позиционирования инструмента в шпинделе станка.
АСИ многооперационных станков делятся на четыре группы:
1. с инструментом, постоянно закрепленным в шпиндельных узлах;
2. с инструментом в гнездах револьверной головки;
3. со сменой инструмента в шпинделе станка;
4. комбинированные.
В устройствах АСИ с инструментом постоянно закрепленным в шпиндельных узлах каждый из шпинделей в рабочей позиции получает вращение от главного привода.
Шпиндели установлены в револьверной головке, и их смена осуществляется путем поворота револьверной головки. Смена инструмента происходит за 2…3 с.
Основными недостатками таких устройств АСИ являются:
— ограничено количество применяемого инструмента (7…8 шт.);
— не обеспечивается жесткость конструкции;
— точность обработки определяется точностью фиксации различных шпиндельных узлов;
— большая масса и габариты АСИ;
— высокая стоимость.
Устройства для смены инструмента в шпинделе станка имеют инструментальный магазин и устройство переноса инструмента (автооператор) из магазина в шпиндель и наоборот.
При этом инструмент устанавливается в специальных оправках с коническим хвостовиком, и имеющим конусность 7:24.
Для сокращения номенклатуры оправок применяют унифицированные инструментальные комплекты вспомогательного инструмента (рис. 2.52).
рис. 2.52
Комплект состоит из различных оправок 2, устанавливаемых в шпиндель станка 1, переходных втулок или оправок 5, патронов 4, что позволяет закреплять различный режущий инструмент 3.
Инструментальные магазины могут быть, в зависимости от расположения оси шпинделя, с горизонтальной или вертикальной осями вращения.
При использовании более 30…40 инструментов используют цепные магазины, а при небольшом количестве применяют дисковые. Для увеличения емкости АСИ применяют магазины, состоящие из нескольких секций. При расположении магазина вне рабочей зоны, инструмент меняется с помощью автооператора, конструкция которого определяется видом магазина и его расположением.
Управление автооператором осуществляется устройством ЧПУ по командам, обеспечивающим определенный цикл.
Например: Фрезерный станок с ЧПУ мод. ЛФ260.
1. Цикл работы автооператора включает следующие движения:
2. Выдвижение захватов.
3. Захват оправок, одновременно, в шпинделе и в магазине.
4. Опускание автооператора, с оправками, вниз.
5. Задвижение захватов.
6. Поворот захватов на 1800.
7. Выдвижение захватов.
8. Подъем автооператора вверх и установка одного инструмента в шпиндель, другого в магазин.
9. Задвижение захватов.
10. Поворот захватов на 1800 в исходное положение.
Смена инструмента в данных АСИ осуществляется только в одном определенном положении шпиндельной бабки, что снижает точность обработки и увеличивает время смены инструмента.
Такого недостатка лишены АСИ, имеющие перемещающиеся автооператоры и отслеживающие положение шпиндельной бабки.
В настоящее время разработана модульная система АСИ, состоящая из унифицированных узлов. Такой принцип построения АСИ позволяет применять их на многих многоцелевых станках.
Автоматический поиск инструмента в магазине осуществляется 3-мя методами:
1. установкой инструментальных отправок в магазине строго в определенной последовательности;
2. кодированием инструментальных блоков;
3. кодированием гнезда магазина.
В настоящее время находит применение система с магнитным кодовым носителем, вмонтированным в отправку, и бесконтактным датчиком считывания кода.
При кодировании оправки отработавший инструмент возвращается в гнездо перегружаемой оправки в шпиндель, что позволяет сокращать время смены инструмента. Однако при этом усложняется конструкция оправок и поиск нужного инструмента.
АСИ комбинированного типа используют в небольших многооперационных станках.
Одним из видов кодирования инструментальных оправок является оправка с набором кодирующих колес (рис. 2.53,а)
рис. 2.53
рис. 2.54,а
рис. 2.54,б
рис. 2.55
Инструмент кодируют с помощью набора колец — упоров, расположенных на хвостовике инструментальной оправки в соответствующей комбинации.
Комбинация колец (рис. 2.53,б) соответствует номеру инструмента, который указан на хвостовике. Хвостовики выполнены съемными (на резьбе), что позволяет устанавливать их на любую оправку с инструментом, определяемым технологическим процессом обработки детали.
Примером такого кодирования оправок является фрезерно-сверлильный станок с ЧПУ мод. ЛФ260 с инструментальным магазином на 15-ть инструментов (рис.2.53).
Поиск нужного инструмента в магазине осуществляется воздействием колец на микровыключатели при вращении инструментального магазина. При наличии нужной комбинации колец на хвостовике оправки устройство ЧПУ обеспечивает остановку магазина в момент ее подхода в позицию перегрузки (смены).
В токарных станках с ЧПУ в качестве устройства АСИ применяют револьверные головки (РГ), позволяющие установку более 12…36 инструментов (рис. 2.54). Инструмент в РГ устанавливается в специальных державках (рис. 2.55) и смена инструмента осуществляется поворотом дискового магазина РГ, по команде от устройства ЧПУ. Иногда широкоуниверсальные станки оснащаются 2-мя револьверными головками.
Обработку детали на токарно-револьверном станке с автоматической сменой инструмента можно посмотреть здесь:
а также посмотреть работу токарного станка с автоматической сменой инструмента можно посмотреть пройдя по ссылке:
http://www.youtube.com/watch?v=4Y3_Oh4PLdw&feature=player_embedded
У меня вопрос по данной статье.
Какое отношение АСИ имеет к Мехатронным узлам?