Необходимое число инструментов, которое нужно разместить в магазине (его емкость), и их типоразмеры зависят от технологического процесса, разработанного для комплекта деталей, намечаемых для обработки на проектируемом обрабатывающем центре. Пользуясь данными таблицы на рис. 1, можно сделать эскизную проработку компоновки различных вариантов магазинов с определением их габаритов. Необходимо учитывать при размещении инструментов в магазине возможности размещения захватных устройств при извлечении инструмента из магазина в пространстве между соседними инструментами, если предполагается захват инструмента непосредственно из магазина.
При небольшом числе инструментов (6-8 шт.) и невысоких требованиях к точности обработки по линейным размерам в качестве механизма автоматической смены инструмента может быть использована револьверная головка с расположенными в ней шпиндельными узлами (см. рис. 26, Устройство автоматической смены инструмента обрабатывающего центра). При большей точности и таком же числе инструментов целесообразнее применить револьверную головку с «короной» (см. рис. 29, Устройство автоматической смены инструмента обрабатывающего центра) и нормальным одним шпиндельным узлом, имеющим расстояние между опорами не менее 6-8 диаметров передней шейки, регулируемыми по радиальному зазору передними и задними подшипниками (например, типа 3182000) и восприятием осевых составляющих сил резания в передней опоре (с упорно-радиальными или радиально-упорными подшипниками). При большем числе инструментов (до 30-40 шт.) в большинстве обрабатывающих центрах применяют однорядные и с большим числом рядов дисковые или барабанные периодически поворачивающиеся магазины.
Рис. 1. Схемы магазинов смены инструмента
При дальнейшем увеличении емкости до 100-140 шт. инструментов и более в обрабатывающих центрах чаще применяют цепные магазины. Следует отметить, что в некоторых случаях цепные магазины, хотя и редко, применяют при меньшей емкости магазина.
Стремление к упрощению механизма автоматической смены инструмента находит отражение в размещении магазина на шпиндельной бабке, но это возможно всего лишь при относительно небольшом числе инструментов (не более 20-25 шт.). В этом случае при параллельном расположении осей шпинделя и инструментов в магазине можно обойтись применением одного простейшего автооператора (рис. 37, Устройство автоматической смены инструмента обрабатывающего центра).
Для уменьшения габаритных размеров и массы магазина, а также некоторого удаления магазина от зоны обработки целесообразно применять механизм автоматической смены инструмента с выдвижением инструмента из магазина на промежуточную позицию, из которой он забирается автооператором (см. рис. 32, Устройство автоматической смены инструмента обрабатывающего центра).
При создании гаммы обрабатывающих центров на одной базовой модели и изготовлении механизма автоматической смены инструмента в виде отдельного агрегатного узла, предназначенного для встройки в различные модели станков, магазин часто устанавливают на какой-либо боковой стенки станка или отдельном основании, так же как цепные магазины большой емкости, и в этом случае необходимы дополнительные транспортные устройства для инструмента (носители, кантователи и т. д.).
Целесообразность применения выносного магазина с более сложным, а следовательно, и менее надежным механизмом автоматической смены инструмента должна оправдываться экономическим расчетом. Иногда усложнение механизма автоматической смены инструмента бывает вызвано необходимостью максимального сокращения времени смены инструмента, когда смена происходит особенно часто с малым машинным временем переходов. Исходя из соображений уменьшения динамических факторов, влияющих на работу механизмов автоматической смены инструмента, желательно вращающиеся магазины, кантователи располагать на вертикальных осях для того, чтобы уменьшить влияние неуравновешенности массы механизмов, числа и масс инструментов на закономерность движений механизмов автоматической смены инструмента и их износ.
В механизмах автоматической смены инструмента применяют различные приводы: гидромоторы, поворотные гидродвигатели, гидроцилиндры, электродвигатели. При применении гидромоторов или электродвигателей возникает необходимость встройки механического редуктора (если электродвигатель невысокомоментный и имеет малый предел регулирования). Гидроцилиндр применяют чаще всего с зубчато-реечной передачей.
В качестве промежуточных и исполнительных элементов в механизмах автоматической смены инструмента широко применяют кулачковые и мальтийские механизмы. Жесткость привода и зазоры между элементами механизмов влияют на их работу и долговечность. При недостаточной жесткости механизмов автоматической смены инструмента могут возникнуть низкочастотные (5-15 Гц) и высокочастотные (100-150 Гц) колебания вследствие раскрытия зазоров. Возникновение колебаний может привести к повышенному износу шлицевых соединений, мальтийских механизмов и др.
В таблице на рис. 2 приведены данные, составленные на основании исследований, проведенных для некоторых механизмов автоматической смены инструмента по жесткости и зазорам, характерным для указанных механизмов.
Лучшими показателями отличаются гидромеханические приводы и, в частности, поворотный гидродвигатель и гидроцилиндр с рейкой. В последнем случае желательно, чтобы отсутствовала промежуточная передача к автооператору. Применение зубчатых передач шлицевых и шпоночных соединений ухудшают качество по указанным параметрам. В реечной передаче желательно, чтобы диаметр зубчатого колеса был не менее 60-70 мм. Для предупреждения колебаний в некоторых случаях создают демпфирующий момент трения.
Рис. 2. Характеристика приводов механизмов автоматической смены инструмента
