Для выявления структуры конкретного станка, учета структурных особенностей кулачковых и других цикловых исполнительных механизмов, их влияния на передаточный (приводный) механизм станка и функций системы управления автоматическим циклом строят структурную схему автомата.
Построению структурной схемы предшествует выбор исполнительных механизмов для рабочих органов автомата.
Структурная схема служит основанием для разработки кинематической схемы автомата. Структура автомата определяется родом детали и ее обработки - от них зависит характер циклов рабочих органов и выбор типа их исполнительных механизмов.
В свою очередь, исполнительные механизмы влияют на структуру механизма привода распределительного вала. Различают три основные группы структуры кулачковых автоматов.
Первая группа кулачковых автоматов
Первая структурная группа автоматов характеризуется тем, что в качестве исполнительных механизмов основных и вспомогательных органов применены дисковые (редко - барабанные) кулачки с силовым замыканием, благодаря чему распределительный вал автомата вращается за все время цикла с постоянной скоростью, настраиваемой в зависимости от длительности цикла.
На автоматах этой группы обрабатываются заготовки деталей небольших размеров, требующих небольших длин ходов суппортов, что позволяет использовать дисковые кулачки с силовым замыканием.
Автоматы этой группы, как правило, одношпиндельные, без револьверных головок; у них нет круговых делительных циклов для смены позиций, требующих применения мальтийского механизма. Качательный поворотный делительный цикл для смены позиций шпинделей сверлильных и резьбонарезных приспособлений совершается кулачковым механизмом в течение небольшого центрального угла поворота кулачка (рис. 11, Кулачковые механизмы станка).
Конфигурация изготовляемых деталей может быть и сложной, требующей сложного цикла движений суппортов, который состоит в подобных случаях из нескольких повторных подводов, рабочих ходов, выдержек и отводов.
Большая длина отвода и подвода суппортов в автоматах этой группы не нужна, и поэтому отпадает надобность в применении спаренных кулачков, следовательно, и ускоренного вращения распределительного вала при подводе и отводе суппорта.
В качестве примера автомата первой группы на рис. 1 приведена кинематическая схема прецизионного автомата продольно-фасонного точения 1А10П.
Рис. 1. Кинематическая схема автомата модели 1А10П: 1 - кулачок для поворота сверлильного приспособления (рис. 11, Кулачковые механизмы станка); 2 - кулачки балансирного суппорта (см. рис. 3); 3 - кулачки вертикальных суппортов (см. рис. 2); 4 - кулачок зажимного устройства; 5 - плоски и кулачок для подачи шпиндельной бабки (см. рис. 5, позиция 2)
Автомат обрабатывает детали диаметром до 7 мм с точностью по диаметру по 1-му, а по длине - 2-му классам.
Заготовка - прутки серебрянки, сталь холоднотянутая калиброванная, желательно-обработанные на бесцентровошлифовальном станке с допуском по диаметру 0,01 мм.
Получению высокой точности детали способствует способ обработки на продольно-фасонных автоматах: пруток подается вместе со шпиндельной бабкой (или с пинолью шпинделя) и обрабатывается около люнетной стойки во вращающейся люнетной втулке при малом вылете резцов, расположенных в поперечных суппортах (рис. 2 и 3).
Рис. 2. Вертикальные суппорты автомата модели 1А10П
Шпиндельная бабка для захвата прутка отводится пружиной. При этом отвод отрезного резца после отрезки детали задерживается, и пруток остается прижатым к отрезному резцу Толкателем, на который действует груз через систему блоков и трос.
Рис. 3. Суппорты балансира автомата модели 1А10П
Подача шпиндельной бабки 1 с прутком во время рабочего хода производится цилиндрическим (колокольным) кулачком 2 непосредственно, без передаточных звеньев и без нарушения равномерности или иной закономерности движения подачи, обусловленной профилем кулачка (рис. 4). Это имеет значение при фасонном обтачивании за счет комбинации продольной и поперечной подач.
Рис. 4. Механизм перемещения передней бабки от барабанного (колокольного) кулачка
Наряду с колокольным в том же станке применяется дисковый плоский кулачок 2 (рис. 5) для перемещения бабки 1 через рычажную систему с регулированием длины хода за счет изменения длины плеча рычага 3, прилегающего к бабке. При этом равномерность подачи меняется по длине хода, но получается возможность переналаживать автомат без смены кулачков на обработку деталей одинаковой конфигурации, но различной длины (например, на обработку винтов).
Рис. 5. Механизм перемещения передней бабки от дискового кулачка
Структурная схема автомата показана на рис. 6. На схеме обозначают: Э - электродвигатель привода станка; Ш - шпиндель; Нн1 - наладочная настройка чисел оборотов шпинделя; Нн2 - наладочная настройка чисел оборотов распределительного вала; Рв - распределительный вал; Кд - дисковый плоский кулачок; Кб.с.з. - барабанный торцовый (колокольный) кулачок с силовым замыканием; Р1 - шпиндельная бабка; Р2 - балансир с двумя суппортами; Р3 - три вертикальных суппорта; Р4 - зажимное устройство.
Кулачковые исполнительные механизмы - с силовым замыканием и не требуют быстрого (ускоренного) хода распределительного вала. Дисковый кулачок механизма зажима срабатывает при малом центральном угле поворота. Это отражено в структуре привода распределительного вала, где имеется одна цепь привода с наладочной настройкой Нн2, его чисел оборотов, чтобы он делал один оборот за цикл обработки одной заготовки.
Как видно из структурной схемы (рис. 6), в автоматах этой группы функции системы управления для получения автоматического цикла сводятся к нулю.
Рис. 6. Структурная схема автомата модели 1А10П
Вторая группа кулачковых автоматов
Вторая структурная группа кулачковых автоматов характеризуется тем, что в качестве исполнительных механизмов применяются барабанные, реже - плоские кулачки с кинематическим замыканием и другие исполнительные механизмы (мальтийский механизм), требующие во время холостых ходов и вспомогательных движений ускоренного вращения распределительного вала с постоянной повышенной скоростью и замедленного его вращения Во время рабочих суппортов.
Скорость рабочего хода распределительного вала настраивается в зависимости от длительности цикла обработки детали.
Структура второй группы применяется в полуавтоматах для обработки средних и крупных деталей с длиной хода суппортов больше 150-200 мм, когда неприменимы плоские кулачки с силовым замыканием и приходится использовать барабанные кулачки с кинематическим замыканием.
По указанной причине эта структура применяется, например, в одношпиндельных токарных полуавтоматах для обработки средних и крупных деталей, в продольно-фрезерных полуавтоматах с длиной хода стола до 300 мм.
Ускоренное вращение распределительного вала во время холостых ходов и вспомогательных движений применяется в многошпиндельных автоматах, а также и полуавтоматах горизонтальной компоновки.
Рис. 7. Кинематическая схема полуавтомата модели 116: 1 - шпиндель; 2 - муфта включения станка; 3 - рукоятки управления; 4 - распределительный вал; 5 - кулачки включения муфты быстрого (ускоренного) хода распределительного вала; 6 - кулачки продольной подачи переднего суппорта; 7 - кулачки каретки копирной линейки переднего суппорта; 8 - кулачки каретки копирной линейки заднего суппорта; 9 - кулачок для выключения муфты 2; 10 - каретка копирной линейки переднего суппорта; 11 - каретка копирной линейки заднего суппорта; 12 - тормоз; 13 - муфта обгона; 14 - копирная линейка переднего суппорта; 15 - муфта быстрого вращения; 16 - насос
На рис. 7 показана кинематическая схема одношпиндельного токарного полуавтомата модели 116, предназначенного для обработки заготовок диаметром до 300 мм. Соответствующая структурная схема показана на рис. 8, где применены следующие обозначения:
- С - сопряжение цепей рабочего и быстрого (ускоренного) хода распределительного вала посредством односторонней, нереверсивной муфты обгона;
- M2 - включение цепи ускоренного хода распределительного вала фрикционной муфтой;
- У - функции системы управления;
- Кб - барабанный кулачок с кинематическим замыканием для привода каретки копирной линейки поперечного суппорта;
- Коп. л - подвижная копирная линейка;
- Р1 - поперечный суппорт;
- P2 - продольный суппорт;
- К.б2 - барабанный кулачок, перемещающий каретку копирной линейки по наклонным направляющим для части Ц2 цикла продольного суппорта: отскок резца 4 и опускание линейки - выдержка копирной линейки - взвод 7 резца и линейки - выдержка линейки;
- К.б1 - барабанный кулачок продольного перемещения переднего суппорта для части Ц1 цикла: 1 - быстрый косой подвод по копирной линейке; 2 - косое врезание по копирной линейке при продольной рабочей подаче; 3 - рабочая подача при ходе башмака суппорта по горизонтальной части копирной линейки; 5 - быстрый обратный ход по горизонтальной части копирной линейки; 6 - быстрый косой отвод по наклонной части копирной линейки.
Рис. 8. Структурная схема и рабочий цикл продольного суппорта станка модели 116
При горизонтальном перемещении каретки 11 вправо (рис. 1) копирная линейка своим скосом действует на башмак поперечного суппорта и, сообщая ему качательное движение в опорах штанги, производит поперечную подачу резца.
Продольный суппорт, двигаясь при рабочем ходе влево вместе с направляющей штангой, опирается своим башмаком на горизонтальную поверхность копирной линейки 14. В конце его продольного рабочего хода кулачок 7 перемещает каретку линейки по наклонным направляющим влево, вследствие чего горизонтальная поверхность линейки и башмак суппорта опускаются. При этом суппорт поворачивается вместе с направляющей скалкой в ее опорах и отводит резец от заготовки («отскок»). После этого при неподвижной каретке происходит быстрый обратный ход суппорта и его скалки вправо в исходное положение. В конце обратного хода происходит косой отвод суппорта при ходе башмака по скосу неподвижной линейки или прямой отвод при неподвижном суппорте и движении каретки и линейки влево и опускание башмака суппорта по скосу линейки вниз.
В начале цикла каретка линейки движется вправо для прямого подвода резца или же она неподвижна при косом подводе. Врезание происходит в начале рабочего хода при движении башмака по верхней части скоса линейки.
Сочетание продольных движений суппорта и каретки копирной линейки дает возможность осуществлять разнообразные циклы продольного суппорта, что придает станку большую эксплуатационную гибкость.
Применение твердых сплавов при обработке стальных заготовок затруднено недостаточной жесткостью суппортов, базирующихся на круглых направляющих, и стесненными условиями отвода сливной стружки между двумя направляющими скалками.
Из структурной схемы (рис. 8) видно, что соответственно значительным размерам обрабатываемой заготовки в качестве исполнительных механизмов суппортов применены сменные барабанные кулачки с кинематическим замыканием.
Функции системы управления распространяются только на приводную часть автомата и ограничиваются включением ускоренного хода муфтой М, и выключением муфты привода станка м, при окончании цикла обработки. Муфту для пуска станка после установки на нем заготовки включают вручную.
Муфты ускоренного хода распределительного вала и привода станка включаются кулачками, установленными на распределительном валу.
Сопряжение цепей ускоренного и рабочего ходов производится муфтой обгона, расположенной в коническом - зубчатом колесе вала червяка. Для наладочного цикла движений суппортов, производимого ручным проворотом вала червяка, выключается кулачковая муфта включения цепи рабочего хода распределительного вала.
