Многооперационные Станки С Чпу

В настоящее время в больших количествах выпускают металлорежущие станки у которых присутствует автоматическая система смены инструмента с программным управлением так называемые многооперационные станки (обрабатывающие центры с ЧПУ). Они предназначены для обработки корпусных деталей с отверстиями, а также деталей типа рычагов, плит, кронштейнов и т. п.

Фрезерно-сверлильно-расточные станки с автоматической сменой инструментов изготовляются как с небольшим числом инструментов, помещенных в гнездах револьверных головок, так и с очень большим числом инструментов (свыше 100), находящихся в специальных магазинах различной конструкции. Появились станки токарной группы («Торнинг-центры»), у которых вместо обычных револьверных головок применяется инструментальный магазин с большим числом инструментов.

Предпосылками появления станков с автоматической сменой инструментов послужили общее повышение требований к мобильности, переналаживаемости производственного оборудования в машиностроении и настоятельная необходимость автоматизации мелкосерийного производства.

Технологические процессы обработки деталей строятся таким образом, что различные технологические операции (фрезерные, сверлильные, расточные, резьбонарезные и др.) выполняют на различных металлорежущих станках, черновую и чистовую обработки также выполняют раздельно. Технологические маршруты обработки деталей содержат десятки и сотни операций. Чтобы перейти от одной операции к другой, нужно каждый раз снимать деталь со станка, транспортировать на следующий станок, где произвести ее установку, закрепление, необходимые измерения, настройку и т. д. На все эти действия тратится очень много времени. Вспомогательные и транспортные операции осуществляются с использованием малоэффективного оборудования: кран-балок, тележек и других средств, требуют затрат ручного труда. Детали совершают сложные грузопотоки в пределах цеха или завода, долго пролеживают у станков в ожидании обработки.

Современное машиностроение характеризуется тем, что непрерывно усложняются конструкции деталей, повышаются требования к их точности и шероховатости поверхности, используются специальные труднообрабатываемые материалы, следовательно, технологические процессы имеют тенденцию к еще большему усложнению. В этих условиях появился совершенно новый подход к построению технологических процессов и новый тип металлорежущего оборудования - многооперационные станки с ЧПУ. Они называются также многоцелевыми станками, машинными центрами или обрабатывающими центрами.

Многооперационные станки - это специфичная разновидность станков с ЧПУ - представляют собой комплексные высоко автоматизированные технологические системы по обработке конструктивно-сложных деталей, управляемые системами ЧПУ посредством получаемой от программоносителей информации. Их часто еще называют многоцелевыми станками, обрабатывающими или машинными центрами, многоинструментальными станками, станками комплексной обработки. Эти станки предназначены для осуществления обработки с последовательным автоматическим введением в действие различных инструментов в заданной последовательности. Во многих станках подача заготовки и удаление обработанной детали также производится автоматически. На базе этих станков создаются гибкие производственные системы.

Первые разработанные многооперационные станки имели горизонтальное расположение шпинделя. Затем все большее предпочтение стало отдаваться вертикальной компоновке. Основной фактор, определяющий требование к компоновке - это масса и форма обрабатываемой детали. Как правило, тяжелые детали имеют коробчатую форму, например, литые корпуса коробок скоростей или головки двигателей, требующие, в основном, обработки с боковых сторон. Горизонтальные станки позволяют легко позиционировать тяжелые заготовки перед рабочей частью шпинделя, обеспечивая хороший сход стружки и свободный обзор зоны резания. При использовании поворотного стола заготовка может обрабатываться с четырех сторон с одной установки. Горизонтальные станки легче встраивать в гибкие автоматизированные системы с использованием транспортно-накопительной системы со спутниками благодаря свободному доступу в рабочую зону. Плоские заготовки со сквозными отверстиями удобнее закреплять на столах вертикальных станков, при этом усилие подачи воспринимается непосредственно столом. Вертикальные станки предпочтительнее использовать для обработки деталей с одной стороны по трем координатным осям. При этом оператор имеет хороший обзор зоны резания, не закрываемой стойкой.

Однако, по мере увеличения размеров заготовки эти преимущества теряются. Компоновка многооперационного станка в основном определяется размерами. На крупных вертикальных станках шпиндельная головка может вызывать перекос, приводящий к потере точности и появлению вибраций при обработке, поэтому существует правило: горизонтальные многооперационные станки в основном используются для обработки крупногабаритных призматических заготовок, вертикальные - для обработки плоских заготовок меньших размеров, требующих большего внимания оператора.

По мере накопления опыта эксплуатации в сочетании с использованием современных приспособлений сглаживается различие между двумя компоновками. Так современные многооперационные станки горизонтального исполнения все чаще оснащаются призматическими приспособлениями, на боковых поверхностях которых удобно размещать плоские заготовки, обычно обрабатываемые на вертикальных станках. При использовании поворотного стола эти приспособления могут меняться быстрее, чем на станках. Приспособления для установки шпиндельной головки под вертикальных прямым углом (угловые головки), некоторые из которых могут автоматически управляться от ЧПУ, позволяют решить проблему доступа к большему числу обрабатываемых поверхностей. При этом универсальность одной компоновки сочетается с преимуществом другой. Имеются конструкции многооперационных станков, у которых по команде от ЧПУ головка шпинделя может быть повернута относительно оси, находящейся под углом 45° к вертикали, а шпиндель при этом может занимать или горизонтальное или вертикальное положение, обеспечивая возможность обработки заготовки пяти сторон.

Среди других типов многооперационных станков можно отметить продольно-обрабатывающие и токарные. Первые служат для обработки длинномерных и крупногабаритных заготовок. По внешнему виду они похожи на продольно-фрезерные станки и оснащены подвижным столом и неподвижным порталом, несущим поперечину (траверсу) со шпиндельной бабкой. Имеются станки с неподвижными столами или отдельно базирующимися плитами для установки особо крупных заготовок. В этом случае движение подач выполняют подвижный портал, поперечина и одна или несколько шпиндельных бабок. Главное отличие продольно-обрабатывающих многооперационных станков от вертикальных состоит в значительно более высокой жесткости конструкции.

Обрабатывающие центры на базе токарных станков получили значительно меньшее распространение, чем станки для обработки корпусных деталей. Объясняется это рядом причин. При обработке деталей типа тел вращения наиболее трудоемким обычно является обточка наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, которая с успехом осуществляется на токарных станках с ЧПУ, имеющих устройства для смены инструмента. Такие станки не являются многооперационными, так как на них нельзя обрабатывать отверстия, расположенные параллельно или перпендикулярно по отношению к оси вращения заготовок, нельзя фрезеровать пазы, уступы и т. п. Но все эти операции можно эффективно выполнять на многооперационном станке, предназначенном для корпусных деталей, используя в качестве баз уже обработанные с высокой точностью на токарном станке поверхности вращения. Для того чтобы выполнить эти работы на токарном станке, превратив его в многооперационный, необходимо установить в дополнение к имеющимся револьверным головкам, поворотным резцедержателям и т. п., еще инструментальные головки с самостоятельным приводом вращения и независимой подачей, при этом одна головка должна обеспечивать возможность применения инструментов с вращением относительно оси, параллельной оси шпинделя, другая - относительно перпендикулярной оси. Кроме того, шпиндельный узел станка необходимо оснастить устройством для точного автоматического позиционирования или поворота вместе с заготовкой на любой нужный угол. Разместить все перечисленные устройства на токарном станке традиционной компоновки затруднительно.

Существуют также многооперационные станки специальных конструкций, предназначенные для обработки заготовок каких-либо специфических деталей, типичных по конфигурации и размерам для таких отраслей промышленности, как авиационная, турбостроительная, автомобильная и для других.

Это станки с числовым управлением и автоматической сменой инструмента, предназначенные для выполнения большого числа технологических операций при одном закреплении детали. На одном многооперационном станке выполняются различные технологические операции как позиционного, так и контурного типа:

• сверление;
• зенкерование;
• развертывание;
• растачивание;
• нарезание резьбы;
• фрезерование плоских и сложных контуров.

Особенностью станков является поворотный стол для обработки деталей с разных сторон при одном закреплении. В ряде случаев станки снабжают глобусным столом, имеющим две взаимно перпендикулярные оси вращения, что дает возможность осуществить обработку сложных корпусных деталей при наличии наклонных поверхностей. Станки имеют значительное число программируемых координатных перемещений: вдоль трех координатных осей, вращение вокруг осей поворотного стола.

Существенной особенностью станков является наличие инструментальных магазинов, в которых размещается от 6 до 150 и более инструментов. В соответствии с заданной программой происходит автоматический поиск необходимого инструмента и его закрепление в шпинделе станка. Примерный комплект инструментов показан на рис. 1. При работе на многооперационных станках предусматривают более высокие скорости резания и подачи по сравнению с универсальными станками и более широкие пределы их регулирования. Так, частоты вращения шпинделя изменяются в пределах 60—3200 об/мин, бесступенчатое регулирование подачи от 0,1 до 3000 мм/мин, скорость ускоренных перемещений до 4 - 10 м/мин.

Рис. 1. Комплект инструментов для многооперационного станка

Обладая всеми достоинствами станков с числовым управлением, многооперационные станки имеют дополнительные важные преимущества:

• Дальнейшее повышение производительности труда. В отличие от обычных многошпиндельных автоматов и автоматических линий, применяемых в массовом производстве, повышение производительности на многооперационных станках достигается не за счет совмещения технологических проходов и параллельной много инструментальной обработки многих поверхностей, а вследствие резкого сокращения затрат вспомогательного и подготовительно-заключительного времени и интенсификации режимов резания. Производительность многооперационных станков в 4 - 10 раз больше соответствующей производительности универсальных станков. Один многооперационный станок может заменить четыре и более универсальных станков.
• Повышение коэффициента использования оборудования. В условиях серийного и мелкосерийного производства доля машинного времени на прецизионных станках не превышает 18 - 20%. На станках с числовым управлением она увеличивается до 50 - 60%, а на многооперационных станках достигает 80 - 90%. Простой станка при наладке сокращаются в среднем на 80%.
• Простота наладки станков при переходе от одной детали к другой, отсутствие необходимости создания сложной и дорогой технологической оснастки (шаблонов, копиров, специальных приспособлений и др.). Это создает необычайную гибкость и мобильность производства, позволяет применить многооперационные станки в условиях мелкосерийного и опытного производства.
• Возможность многостаночного обслуживания. На станке обрабатываются сложные детали последовательно различными инструментами. Это увеличивает общую продолжительность цикла обработки. Оператор значительную часть времени не занят обслуживанием станка и может использовать это время для многостаночной обработки.
• Исключение влияния на качество обработки ошибок оператора. Элементы цикла обработки (команды, размерная информация, выбор инструмента, скорости, подачи и др.) совершаются автоматически в соответствии с заданной программой, а поэтому не зависят от действий оператора.
• Уменьшение объема контрольных операций в связи с резким сокращением числа операций и уменьшением брака, сокращение штата контролеров.
• Пониженное требование к квалификации рабочих. Весь цикл обработки совершается автоматически. В обязанность рабочего входит лишь загрузка станка и снятие обработанных деталей. Несмотря на относительно высокую стоимость этих станков, при правильном их использовании они окупаются в течение 1 - 2 лет.

Многооперационные станки пригодны для изготовления любых деталей, однако высокая стоимость делает нерентабельным их использование при производстве простых деталей. Чем сложнее деталь, чем большее количество переходов и операций содержит технологический процесс, тем эффективнее применение станков. На рис. 2 даны некоторые детали, характерные для обработки на многооперационных станках.

Рис. 2. Детали, обрабатываемые на многооперационных станках

Выделяют многооперационные станки для обработки корпусных деталей и деталей типа тел вращения. Наиболее многочисленной является группа станков для обработки корпусных деталей. Различные компоновки станков этой группы делятся по расположению шпинделя относительно рабочей поверхности стола:

• станки с расположением оси шпинделя перпендикулярно плоскости стола;
• станки с расположением оси шпинделя параллельно плоскости стола.

Группа станков с расположением оси шпинделя перпендикулярно плоскости стола обычно имеет вертикальный шпиндель и горизонтальный стол. Эти станки предназначены для обработки корпусных деталей типа плит, крышек с параллельно расположенными отверстиями. Обработка производится с одной стороны. Наиболее распространены три варианта компоновки:

• по типу вертикально-фрезерного консольного станка;
• по типу вертикально-фрезерного бесконсольного станка;
• по типу продольно-фрезерного или двухстоечного координатно-расточного станка.

Многооперационные станки горизонтальной компоновки характеризуются горизонтальным расположением шпинделя. Они часто имеют поворотный стол и предназначены для обработки корпусных деталей с разных сторон. Станки выполняют по типу:

• горизонтально-фрезерных консольных станков;
• горизонтально-расточных станков.

Наиболее характерной особенностью многооперационных станков является автоматическая смена инструмента. Рассмотрим классификацию станков в зависимости от типа накопителей инструментов, по расположению накопителя относительно шпинделя станка, по наличию автооператоров для смены инструмента, по типу системы адресования инструмента.

Различают следующие типы накопителей инструментов:

• револьверные головки;
• инструментальные магазины;
• магазины шпиндельных узлов;
• комбинированные накопители.

Конструкции станков с ЧПУ определяются их техническими характеристиками, кинематикой, компоновкой, устройством отдельных узлов. Основные технические характеристики некоторых многооперационных станков отечественного производства приведены на рис. 2.1.

Наиболее распространенные фрезерно-расточные станки выбираются по основным параметрам - ширине и длине стола (ВхL) и перемещению по координатам X, Y, Z. Произведение X•Y•Z определяет размер рабочего пространства.

Характерная связь перемещений с габаритами стола X=(0,8÷0,9) L, Y=B, Z=B.

В зависимости от ширины стола станки делятся на группы:

• малые В=250÷400;
• средние В=500÷800;
• крупные В=1000÷1600;
• тяжелые В>2000.

Наибольший диаметр применяемого инструмента в среднем составляет:

• для вертикальных станков - 0,21 В;
• для горизонтальных - 0,17 B.

Рис. 2.1. Технические характеристики некоторых многооперационных станков

Несколько инструментальных шпинделей монтируют в общем поворотном корпусе (револьверной головке). Смена инструмента осуществляется поворотом головки. После каждого поворота головка фиксируется и зажимается. Смена инструмента при помощи револьверной головки осуществляется просто, требует минимального конструктивного изменения станка и немного времени (2 - 3 с).

Существует три варианта компоновки револьверных головок: ось инструментов 1 перпендикулярна оси головки 2 (рис. 3, а), ось инструментов 1 параллельна оси головки 2 (рис. 3, б) и ось инструментов 1 расположена под углом к оси головки 2 (рис. 3, в).

Недостатки станков с револьверными головками: пониженная жесткость инструмента и, как следствие, более низкая точность (последнее объясняется также дополнительной погрешностью поворота головки); увеличение габаритов шпиндельной бабки, ограниченная емкость накопителя (6 - 8 инструментов).

Рис. 3. Компоновка револьверных головок в зависимости от расположения инструментов: а - радиальная; б - аксиальная; в - под углом к оси головки

При применении инструментальных магазинов необходимо изменение конструкции станка. В связи с этим увеличивается время смены инструмента, но сохраняется высокая жесткость инструмента, точность обработки, а емкость магазина практически неограничена (150 и более инструментов). Инструментальные магазины выполняют в виде отдельного узла для хранения необходимого числа инструментов. В соответствии с программой обработки инструменты автоматически выбираются из магазина и загружаются в шпиндель станка. Использованные инструменты автоматически возвращаются в магазин. Существует три типа инструментальных магазинов: поворотный, цепной и стеллажный (рис. 4).

Магазин поворотного типа (рис. 4, а) представляет собой диск или барабан, по периферии которых в специальных гнездах размещаются инструменты. Конструктивно этот тип магазинов выполняется как револьверная головка, причем применяют те же способы расположения инструментов относительно оси магазина (см. рис. 3). Упаковка (рис. 3, б) является более плотной и позволяет при заданных габаритах разместить наибольшее число инструментов. На рис. 5 показан многооперационный станок фирмы Цинциннати для фрезерных, сверлильных, расточных и других операций. Станок имеет поворотный магазин емкостью 30 инструментов.

Рис. 5. Станок с поворотным магазином на 30 инструментов

Магазин цепного типа (рис. 4, б, в) представляет собой цепной транспортер с определенным числом гнезд для инструментов. Шаг транспортера определяется диаметром инструментов, а его длина емкостью накопителя. Плотность упаковки инструментов может быть достаточно высокой (рис. 4, в). На рис. 6 показан многооперационный станок, изготовленный заводом им. Фрица Геккерта (ГДР), для обработки корпусных деталей. Станок имеет магазин цепного типа, в котором размещается 60 инструментов. Для сокращения простоев станка, связанных со сменой обрабатываемых деталей, предусмотрены две загрузочно-разгрузочные позиции. Деталь устанавливается на сменных базовых плитах. В то время как одна плита с обрабатываемой деталью закреплена на столе станка, другая находится на позиции загрузки.

Рис. 6. Многооперационный станок с цепным магазином на 60 инструментов

Магазин стеллажного типа (рис. 4, г) представляет собой вертикальную или горизонтальную плиту с определенным числом продольных и поперечных рядов. Число гнезд для размещения инструментов равно произведению числа продольных рядов на число поперечных. Этот тип магазина обеспечивает самую Плотную упаковку, но здесь сложен поиск инструмента. В магазинах поворотного и цепного типов поиск осуществляется одним движением (поворотом диска, движением цепного транспортера). Магазины стеллажного типа требуют для поиска два движения вдоль продольных и поперечных рядов. На рис. 7 показан крупногабаритный портальный станок фирмы Лукас для обработки корпусных деталей с наибольшими размерами 3360x1980x1860 мм. Продольное перемещение осуществляется столом, вертикальное - траверсой и пинолью шпиндельной бабки, поперечное - шпиндельной бабкой от индивидуальных электродвигателей.

Станок предназначен для выполнения расточных, сверлильных, резьбонарезных и фрезерных операций. Движение столу, траверсе, шпиндельной бабке и пиноли сообщается прецизионными ходовыми винтами, снабженными микрометрическими лимбами для быстрой и точной установки вручную. Все установочные движения могут происходить одновременно или поочередно, в зависимости от необходимости. Для устранения влияния на точность установки зазоров подход к заданной координате всегда производится с одной стороны. Магазин стеллажного типа располагается на столе. Координаты нужного инструмента заносятся на перфоленту. Шпиндель автоматически находит необходимый инструмент. При движении вниз цанга шпинделя автоматически открывается, оправка инструмента входит в шпиндель, после чего цанга автоматически закрывается.

Рис. 7. Станок многооперационный со стеллажным магазином

Следующий вид накопителей - магазины шпиндельных узлов не получили распространения. От предыдущих накопителей эти устройства отличаются тем, что в позициях магазина размещаются не инструменты, а шпиндельные узлы с установленными в них инструментами, настроенными на размер. Требуемый по программе шпиндельный узел подается на рабочую позицию, где фиксируется и закрепляется, после чего при помощи муфты происходит соединение с приводом главного движения.

Стремление уменьшить время, необходимое для смены инструмента, привело к появлению комбинированных накопителей. Обычно применяют магазин в сочетании с револьверной головкой. На рис. 8 показан многооперационный вертикально фрезерный консольный станок С400/01 NC (ГДР). Вертикальная станина станка установлена на плоском основании. По вертикальным направляющим станины перемещается консоль, несущая стол станка. Стол перемещается в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Станок снабжен шестипозиционной револьверной головкой. Для смены инструмента револьверную головку поворачивают в необходимую позицию. Привод шпинделей смонтирован в станине, привод станка - в консоли. В верхней части станины расположен дисковый инструментальный магазин, несущий 12 инструментов. Магазин поворачивается вокруг вертикальной оси.

Автоматическая смена инструмента производится в том шпинделе, который находится в верхнем положении револьверной головки. Смена инструмента может осуществляться во время обработки детали. Рабочая поверхность стола имеет размеры 400X1600 мм, а наибольшее расстояние от поверхности стола до торца шпинделя 560 мм. На столе можно установить поворотное устройство с горизонтальной осью вращения. Это увеличивает технологические возможности станка вертикальной компоновки. Станок имеет 18 различных частот вращения шпинделя в пределах 28 - 1400 об/мин и 45 подач: от 10 до 1600 мм/мин.

На станке производятся все виды работ корпусных деталей: сверление, рассверливание, зенкерование, цекование, развертывание, растачивание, нарезание резьбы и фрезерование. Станок обеспечивает точность позиционирования и межосевых расстояний при растачивании отверстий 0,01 мм. Станок обладает ускоренным перемещением стола и салазок с подачей до 3150 мм/мин, а консоли 1000 мм/мин. Время смены инструмента составляет 3 с.

Рис. 8. Многооперационный станок с комбинированным магазином

Магазины инструментов могут располагаться на шпиндельной бабке, на станине, на столе и на отдельном фундаменте рядом со станком (рис. 9).

Первый вариант обеспечивает постоянное расстояние между осями инструментов в шпинделе и в магазине (в позиции загрузки). Цикл движений, связанных со сменой инструмента в этом случае будет наиболее простым (рис. 9, а). Недостатком является то, что магазин, расположенный на шпиндельной бабке, увеличивает габаритные размеры и массу последней, что отрицательно сказывается на точности обработки.

При расположении магазина на станине (рис. 9, б) шпиндельная бабка разгружается, но цикл смены инструмента усложняется. При каждой смене инструмента шпиндельная бабка должна дополнительно перемещаться из рабочего положения в положение для смены инструмента и обратно. В отдельных случаях магазин располагается на изолированной от станка стойке, которую устанавливают рядом со станком (рис. 9, в). Динамические нагрузки магазина не влияют на точность работы станка, не требуется существенно изменять его конструкцию, но увеличиваются общие габаритные размеры станка, площадь, необходимая для его установки; требуется отдельная достаточно массивная стойка, способная держать магазин с комплектом инструментов. Особое место занимает метод расположения магазина на столе станка (рис. 9, г). Преимуществом указанного способа является возможность использования для поиска инструментов системы позиционирования станка, недостатком — увеличение габаритов стола.

Рис. 9. Способы расположения магазина относительно шпинделя станка: а - на шпиндельной бабке; б - на станине; в - на отдельном фундаменте; г - на столе

Различают многооперационные станки без автооператоров и с автооператорами для смены инструмента. В станке без автооператора магазин размещается таким способом, что ось инструмента в позиции для смены совмещается с осью шпинделя. Гильза шпинделя опускается вниз и захватывает при своем движении хвостовик инструмента. После зажима инструмента включается привод главного движения, и начинается отработка. После выполнения операции при обратном ходе шпинделя инструмент отсоединяется и остается в гнезде магазина. На рис. 10 показан координатно-сверлильный станок мод. КС12-500 с позиционной системой цифрового управления для сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы метчиками, растачивания, а также фрезерования по ступенчатому контуру. Наибольший диаметр сверления равен 12 мм, наибольший диаметр растачивания 100 мм. Станок снабжен магазином цепного типа, число инструментов в магазине равно 28. Автооператор отсутствует, магазин доставляет инструмент сразу к шпинделю.

Рис. 10. Координатно-сверлильный станок КС12-500

Чаще многооперационные станки имеют автооператор. Автооператоры в зависимости от выполняемых функций делят на загрузочные и транспортные. Загрузочные автооператоры осуществляют непосредственную смену инструмента в шпинделе станка, транспортные автооператоры осуществляют доставку инструментов от магазина к загрузочному автооператору и обратно.

В простейшем случае автоматическая смена инструментов осуществляется одним загрузочным автооператором (рис. 11), который имеет два движения. Вращение вокруг оси используется для переноса инструмента из магазина в шпиндель и обратно, поступательное перемещение вдоль оси используется для удаления инструмента из шпинделя или гнезда магазина и загрузки его в шпиндель или гнездо. Автооператор имеет один или два захвата с замками для закрепления инструмента. Последний имеет специальную проточку, за которую осуществляется его захват автооператором.

Рис. 11. Этапы смены инструмента на многооперационном станке

Для смены инструмента автооператор (см. рис. 11):

• поворачивается на 90° по часовой стрелке - осуществляет захват инструментов;
• перемещается вдоль оси вниз - вынимает инструменты из гнезд;
• поворачивается на 180° - переносит один инструмент из магазина к шпинделю, а второй обратно;
• перемещается вдоль оси вверх - загружает инструменты в гнезда;
• поворачивается на 90° - занимает исходное положение.

Загрузочный автооператор, показанный на рис. 6, конструктивно выполнен по-другому. Подготовка к смене инструмента производится во время работы станка. Захват автооператора выдвигается из корпуса и защемляет оправку инструмента. При перемещении вдоль оси автооператор вытаскивает инструмент из гнезда магазина. По окончании обработки свободный захват подводится к шпинделю, отработавший инструмент извлекается из шпинделя, гнездо шпинделя продувается сжатым воздухом, в гнездо вставляется новый инструмент, а отработавший инструмент переносится в магазин. На смену инструмента затрачивается 6 с.

Более сложным является цикл смены инструмента у станка, показанного на рис. 5. Автоматическая смена инструмента осуществляется тремя автооператорами (рис. 12): загрузочным оператором магазина І, транспортным II, загрузочным оператором шпинделя ІІІ. Цикл смены инструмента включает в себя движения: 2 - захват инструмента в магазине; 1 - вытаскивание инструмента; 2 - транспортирование инструмента на позицию автооператора II; 3 - поворот инструмента на 90°; 5 - захват - инструментов в автооператоре II и шпинделе; 4 - вытаскивание инструментов; 5 - старый и новый инструмент меняются местами; 4 - загрузка инструментов; 3 - поворот использованного инструмента на 90°; 2 - захват инструмента оператором II; 1 - вытаскивание инструмента; 2 - транспортирование инструмента от оператора II до магазина; 1 - загрузка отработавшего инструмента в магазин; 2 - возвращение автооператора в исходное положение. Часть движений цикла совмещается с обработкой, а поэтому время смены составляет всего 6 с.

Рис. 12. Система автооператоров для смены инструмента на станке, показанном на рис. 5

Рассмотрим вопрос о способах автоматического выбора инструмента (способах автоматического адресования). Обзор различных вариантов выбора представлен на рис. 13. Инструменты используются или в том порядке, в каком они установлены в магазине, или этот порядок не соблюдается. В первом случае отсутствует система поиска инструментов, упрощается управление. Для смены инструмента достаточно подать команду на поворот револьверной головки или магазина.

Смена инструмента осуществляется за 2 - 3 с. Во втором случае требуется специальная система поиска необходимого инструмента. Из массы инструментов в магазине нужно выбрать тот, который указан в программоносителе. Несмотря на указанные выше достоинства первого способа, он имеет весьма ограниченное применение, так как при настройке станка требуется каждый раз устанавливать инструменты в магазине в порядке, определяемом последовательностью переходов технологического процесса. При большой емкости магазина эта операция является достаточно трудоемкой. Исключается повторное использование одного и того же инструмента, недопустим пропуск позиций при установке инструмента. Пропуск необходим в случае, если требуется установить в магазин инструмент, диаметр которого больше окружного шага магазина.

Рис. 13. Способы выбора инструмента многооперационных станков

Для поиска инструмента можно использовать систему позиционирования станка (магазины стеллажного типа) или необходима специальная система поиска. Различают два варианта построения системы. В одном из них осуществляют кодирование гнезд магазина, в другом - кодирование инструментальных оправок. В первом варианте адрес присваивается каждому гнезду (каждой позиции) инструментального магазина, во втором — каждому инструменту. Адрес - кодовая комбинация. Адрес набирается из колец двух типов. Одному из них - кольцу большего диаметра ставят в соответствие символ 1, другому - кольцу меньшего диаметра символ 0. Кольца надевают на цилиндрическую часть гнезда магазина или оправки инструмента.

На рис. 14 показана оправка фрезы, на которой расположены кольца 1 двух разных диаметров. Расположение колец образует двоичную комбинацию 011010 длиной n=6. С кольцами взаимодействуют считывающие элементы - конечные переключатели 2. Число переключателей равно длине кодовой комбинации. Считанная комбинация сравнивается с комбинацией узла программы. При совпадении комбинаций выдается сигнал для смены инструмента. Таким образом, система адресования является позиционной кодовой системой цифрового управления.

Рис. 14. Кодированная оправка фрезы

Рассмотрим особенности построения каждой из систем адресования. При кодировании инструмента увеличивается его длина и вылет, уменьшается жесткость. Возрастает объем кода и, следовательно, длина адреса, поскольку числа инструментов обычно превышает емкость магазина, но уменьшается трудоемкость заполнения магазина, поскольку любой инструмент может быть загружен в любое гнездо в отличие от метода кодирования гнезд, когда существует строгое соответствие между определенным инструментом и соответствующим ему гнездом. При смене инструмента не требуется дополнительного поиска гнезда, куда следует поместить использованный инструмент. Последний помещается в то же гнездо, откуда был взят очередной инструмент.

Рассмотрим более подробно метод кодирования гнезд магазина. Пусть требуется закодировать 15 гнезд. Для этого каждое гнездо должно нести минимум четыре кольца. На рис. 15, а вертикальными линиями обозначены гнезда магазина, точкой обозначено положение кольца большого диаметра, отсутствие точки - положение кольца малого диаметра. Сверху обозначены номера гнезд: 1, 2, 3, ... Кодовая комбинация первого гнезда 0001, второго 0010, третьего 0011 ..., т. е. гнезда закодированы нормальным двоичным кодом. Полученный рисунок является рисунком двоичной кодовой шкалы. Кольцо большого диаметра - активный участок шкалы, меньшего диаметра - пассивный участок. Шкала имеет четыре кодовых дорожки, с каждой из которых взаимодействует считывающий элемент (конечный выключатель).

Рис. 15. Комбинаторный способ кодирования гнезд

Более эффективными являются однодорожечные кодовые шкалы. Принципы построения подобных шкал могут быть реализованы при кодировании гнезд магазина. Шкала имеет в этом случае одну кодовую дорожку, с которой взаимодействуют четыре считывающих элемента (рис. 15, б). Метод имеет следующие преимущества:

• вместо n дорожек требуется только одна, это уменьшает размеры той части гнезд, которые предназначены для записи адреса;
• резко сокращается необходимое число колец для записи адреса.

При р=16 для четырехдорожечной шкалы требуется 64 кольца, для однодорожечной только 16, из них 8 большого диаметра и 8 малого. Но использование колец малого диаметра в этом случае не имеет смысла, поэтому для кодирования достаточно 8 колец большого диаметра. На рис. 15, в показан магазин поворотного типа (с той же шкалой, только круговой). Местоположение кодирующих колец обозначено точками. В общем случае число кодирующих колец сокращается в 2n раз, где n - длина кодовой комбинации.

Ранее станкостроительные предприятия нашей страны провели значительную работу по созданию отечественных конструкций многооперационных станков. Ниже будут описаны некоторые из станков прошлых лет.

На рис. 16 показан вертикальный сверлильно фрезерно расточный станок 243BФ4 Одесского завода прецизионных станков для получистового и чистового фрезерования поверхностей, сверления, зенкерования, растачивания, развертывания и нарезания резьбы метчиками. На станке программируются координатные перемещения стола, шпиндельной головки и гильзы, скорости этих перемещений, скорости вращения шпинделя, смена инструмента, зажимы подвижных органов, коррекция инструмента и циклы обработки. Регулирование скоростей и подач шпинделя, а также подач стола может производиться механическим вариатором главного привода и приводами подач с электродвигателями постоянного тока и широтно-импульсным преобразователем. Размеры рабочей поверхности стола 560х320 мм, наибольшее продольное перемещение стола 400 мм, поперечное 250 мм, наибольший диаметр растачивания 160 мм. Шпиндель имеет широкие пределы регулирования частот вращения от 40 до 2500 об/мин, имеется 29 рабочих подач от 3,15 до 2500 мм/мин. Станок снабжен магазином поворотного типа емкостью 30 инструментов, для загрузки шпинделя применяется автооператор. Позиционная система числового управления станком «Размер 2М» (П324, П522). Число управляемых координат равно 3. Программоносителем является дорожечная перфолента, код записи ИСО. Датчиками обратной связи служат фотоимпульсные устройства, цена импульса 1 мкм.

Станок снабжен устройствами цифровой индикации программируемой информации и действительного положения исполнительных органов. Качество станка характеризуется следующими показателями: точность установки координаты 12 мкм, точность расстояний между осями обработанных отверстий 16 мкм. Производительность станка в 3 - 4 раза выше производительности универсальных станков.

Рис. 16. Вертикально сверлильно фрезерно расточной станок 243ВФ4

На рис. 17 изображен многооперационный вертикально-фрезерный станок 6540РФ3 Чаренцаванского завода расточных станков, предназначенный для обработки деталей из стали, чугуна, цветных металлов и легких сплавов. На станке можно фрезеровать сложные плоские контуры или объемные детали по трем координатам, сверлить, зенкеровать, развертывать и растачивать отверстия, а также нарезать внутренние резьбы.

Станок оснащен револьверной головкой с шестью инструментами. Его можно рекомендовать для использования в серийном, мелкосерийном и единичном производстве. Размеры рабочей поверхности стола 1000 x 400 мм, наибольшее продольное перемещение стола 800 мм, поперечное 400 мм. Шпиндель имеет 19 скоростей от 40 до 2500 об/мин, стол и револьверная головка имеют бесступенчатый привод подач от 5 до 1200 мм/мин. Станок управляется от пульта «Контур 5П» (Н332, Н332M) с линейно-круговым интерполятором. Программоносителем является восьмидорожечная лента, система кодирования - ИСО, цена импульса 0,01 мм, точность обработки поверхностей 0,015 - 0,02 мм, точность обработки отверстий достигает 2-го класса.

Рис. 17. Многооперационный вертикально фрезерный станок 6540РФЗ

Горизонтальный фрезерно-сверлильно-расточный станок ГЦ-08 Горьковского завода фрезерных станков (рис. 18) имеет крестовый стол, позволяющий производить координатные перемещения в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направляющих, и поворотный стол с вертикальной осью, позволяющий поворачивать детали на углы, кратные 90°.

Станина снабжена колонной, по вертикальным направляющим которой перемещается шпиндельная бабка. В верхней части колонны смонтирован цепной инструментальный магазин емкостью 30 инструментов. Между магазином и шпиндельной бабкой расположен автооператор, осуществляющий автоматическую смену инструмента. Станок предназначен для многооперационной обработки корпусных деталей из чугуна, стали и цветных металлов. На нем можно производить плоское и контурное фрезерование, сверление, растачивание, зенкерование, развертывание и нарезание резьбы. Размеры рабочей поверхности стола 800 x 800 мм, а наибольшие перемещения 1000 x 400 мм. Пределы частот вращений шпинделя 20 - 2000 об/мин, а подач 10 - 1000 мм/мин, ускоренная подача 3120 мм/мин. Достижимая точность обработки отверстий - 2-й класс, точность межосевых расстояний 0,02 мм, соосность отверстий, расточенных с двух сторон, 0,03 мм на длине 500 мм. Станок оснащен контурной системой числового управления УМС-2ш, имеет линейно-круговой интерполятор. Программоносителем является пятидорожечная перфолента, запись информации произведена в коде БЦК-5.

Рис. 18. Горизонтальный фрезерно сверлильно расточный станок ГЦ-08

Специализированный агрегатный вертикальный сверлильно резьбонарезной станок СМ-213Ф2 Минского завода автоматических линий показан на рис. 19. Станок предназначен для обработки плоских деталей типа плат, планок, панелей и других подобных деталей без применения кондукторной оснастки; на станке выполняются операции: сверление, зенкерование, развертывание, цекование и резьбонарезание.

Крестовый стол перемещается по гидростатическим направляющим от ходовых винтов. В станке имеется устройство, которое обеспечивает автоматическое переключение шпиндельной бабки с ускоренного перемещения на рабочую подачу при касании инструмента поверхности обрабатываемой детали. Это исключает необходимость предварительной настройки инструментов и программирования величин ускоренных перемещений. Для поиска инструмента выбрана система кодирования инструментальных оправок. Это позволяет располагать инструменты в магазине в любом порядке и исключает необходимость программирования режимов резания. Требуемые режимы автоматически передаются шпиндельной бабке при прочтении кода инструмента на оправках. Это значительно сокращает объем программирования, уменьшает вспомогательное время, делает станок весьма эффективным при обработке деталей малых серий. Наибольший диаметр сверления на станке 50 мм. Шпиндель имеет восемь скоростей в пределах 63 - 710 об/мин. Емкость магазина равна 30 инструментам, пульт управления П324.

Рис. 19. Вертикальный сверлильно резьбонарезной станок СМ-213Ф2

На рис. 20 показан горизонтальный сверлильно-фрезерно-расточный станок мод. 2А622Ф4 Ленинградского станкостроительного завода им. Я. М. Свердлова. Он предназначен для четырехсторонней обработки консольным инструментом крупных (массой до 3 т) деталей типа корпусов, коробок, станин и др.

Станок выполняет по программе с автоматической сменой инструмента следующие работы:

• сверление;
• растачивание;
• развертывание отверстий;
• нарезание резьбы метчиками;
• фрезерование по прямоугольным контурам.

Магазин цепного типа, вмещающий до 100 инструментов, позволяет выполнить обработку сложных деталей за одну установку. В целом, горизонтально расточной станок 2а622ф4 имел хорошие характеристики и компоновку: неподвижная передняя стойка и встроенный поворотный стол с продольным и поперечным перемещениями относительно оси шпинделя. Высокоточные закаленные комбинированные направляющие скольжения и качения, защищенные телескопическими щитками, и шариковые винтовые пары качения для перемещения подвижных узлов обеспечивают получение высоких скоростей позиционирования при длительном сохранении первоначальной точности станка. Главный привод и приводы подачи осуществляются от электродвигателей постоянного тока с тиристорным управлением. Шпиндель имеет пределы частот вращения 63 - 1250 об/мин, пределы подач 1,25 - 1250 мм/мин, скорость быстрых перемещений составляет 5 м/мин. Инструментальный магазин установлен на фундаменте рядом со станиной, наибольшая масса инструмента 35 кг, время смены инструмента до 10 с. Станок снабжен устройствами цифровой индикации координат, номера инструмента и номера кадра программы, разрешающая способность линейных перемещений равна 0,01 мм, угловых - 0,01 град. Точность установки координат на всей длине перемещения (1000 мм) 0,04 мм.

Станок оснащен позиционной системой числового управления от пульта «Размер 2М» (У526). Пульт обеспечивает перемещение по пяти координатам: вертикальное бабки, продольное и поперечное стола, поворот стола, продольное выдвижного шпинделя. Программируются также скорость вращения шпинделя, скорость перемещения подвижных узлов и автоматическая смена инструмента.

Программоносителем является восьмидорожечная перфолента, запись производится в коде ИСО. Задание программы и отработка ее происходят в абсолютной системе. В качестве датчиков точного перемещения использованы развернутые сельсины. Предусмотрена возможность ручного ввода цифровых данных и ручного управления станком.

Концентрация различных видов обработки при одной установке. Высокая степень автоматизации, малое вспомогательное время и автоматическая смена инструмента повышают производительность станка в 3 - 4 раза по сравнению с универсальными станками.

Рис. 20. Горизонтальный сверлильно фрезерно расточный станок 2А622Ф4

На заводе «Станкоконструкция» был изготовлен горизонтально расточной станок МА2612Ф2 (рис. 21) для обработки небольших и средних корпусных деталей с четырех сторон. На станке можно выполнять растачивание, сверление, развертывание, нарезание резьбы метчиками и фрезерование по прямоугольному контуру. Наибольший диаметр сверления в стали равен 30 мм; наибольший диаметр растачивания 200 мм.

Станок оснащен специальной системой позиционного управления, число управляемых координат равно 4, программоносителем является пятидорожечная перфолента, запись производится в коде БЦК-5. Программируются перемещения по четырем координатным осям: поперечное стола, вертикальное шпиндельной бабки, продольное шпинделя и стойки. Поворот стола осуществляется вручную. Обеспечивается возможность внесения коррекций на длину инструмента, а также изменения режима резания во всем диапазоне. Пределы частоты вращения шпинделя 12,5 - 1600 об/мин, пределы подач 3,2 - 630 мм/мин.

Станок может работать в режиме ручного управления с предварительным набором координат. Запрограммировано прерывание автоматического цикла станка для установки специального инструмента или проведения ручных операций. Станок снабжен инструментальным магазином многосекционного типа. Магазин расположен сзади станка. Необходимый инструмент специальным транспортным оператором перемещается из магазина на позицию загрузки. Из этой позиции загрузочным оператором инструмент загружается в шпиндель станка. Отработавший инструмент транспортным оператором возвращается в магазин. Магазин имеет десять секций, в каждой из которых помещается по десять инструментов. Общая емкость магазина равна 100 инструментам.

Рис. 21. Горизонтально расточный станок MA2612Ф2

Совершенно новые многооперационные станки были представлены в 1967 г. компанией Molins Machine Co. Ltd. (Англия). Известная «Система 24» имеет двухшпиндельные станки двух типов. Станки с автоматической сменой инструмента (рис. 22) предназначены для высокоскоростного фрезерования легких сплавов. Шпиндели приводятся во вращение масляными турбинами, развивающими частоту вращения от 8000 до 24 000 об/мин и мощность до 24 hp. Эти обрабатывающие центры с ЧПУ были предназначены главным образом для обработки отверстий. На них производят растачивание, развертывание, сверление и нарезание резьбы, а также возможно и фрезерование по контуру.

Шпиндели этих многооперационных станков установлены на гидростатических опорах и приводятся от гидравлических двигателей через двухступенчатую зубчатую коробку скоростей. Изменение скоростей осуществляется автоматически, по командам, запрограммированным на магнитной ленте. Диапазоны частот вращения: 0 ± 1800 и 2200-5200 об/мин. Наименьшие обороты предназначены в основном для нарезания резьбы метчиками. Конструкции двухшпиндельного и одношпиндельного шестикоординатных станков основаны на принципиально новой комбинации гидростатических салазок и гидравлического исполнительного механизма, которая определяет фиксацию положения и управление перемещением всех кареток станков.

Рис. 22. Многооперационный станок, входящий в «Систему 24» компании Molins (Великобритания)

Многооперационные - это в основном одношпиндельные станки или станки с револьверными головками, шпиндели которых работают поочередно. Некоторые зарубежные фирмы изготовляют станки с двумя шпинделями, из которых один предназначается для тяжелых, а другой - для легких работ. Шпиндель может реверсироваться и автоматически фиксироваться в определенном угловом положении. Реверс используется при резьбонарезании метчиками, а угловая фиксация - при некоторых расточных операциях и при автоматической смене инструментов.

Автоматическая смена инструментов осуществляется посредством индексирования револьверной шпиндельной головки или автоматической разгрузки и загрузки шпинделя оправками с инструментами из магазина с помощью автооператоров.

Станки оборудуются приводами, допускающими автоматическое изменение режимов обработки при смене инструментов. Для обработки деталей с разных сторон станки снабжают прецизионными поворотными столами, индексирующимися через угол 90° или способными поворачиваться на разные углы, заданные программным управлением. Для совмещения времени установки новых заготовок с основным временем работы станки оснащают дополнительными устройствами, в результате чего время смены заготовок снижается до нескольких секунд. Механизмы подачи узлов станка имеют привод с безлюфтовыми зубчатыми передачами и шариковыми ходовыми винтами, чаще всего - от гидродвигателей.

Станки имеют контурные и позиционные системы программного управления всеми перемещениями узлов станка, сменой инструментов и заготовок, поворотами стола с обрабатываемой деталью, автоматическим изменением частоты вращения шпинделя и скоростью подачи.

Схемы построения фрезерно-сверлильно-расточных станков разнообразны. Многооперационные станки выполняют с компоновками типа вертикально-сверлильных, горизонтально- и вертикально-фрезерных консольных и бесконсольных, координатно-расточных, продольно-фрезерных и портальных станков.

На рис. 23 представлена компоновка бесконсольного вертикально-фрезерного станка с револьверной головкой 1, которая установлена на шпиндельной бабке 4, перемещающейся по стойке 2 в направлении оси Z. Стол 3 с обрабатываемой деталью совершает движение подачи по направлениям X и Y. Наиболее разнообразны компоновки станков с револьверными шпиндельными головками, поскольку в них проще менять инструменты.

Рис. 23. Компоновка вертикально-фрезерного станка с револьверной головкой

Наблюдается также разнообразие устройств автоматической смены инструментов и заготовок. Эти устройства оказывают существенное влияние на развитие компоновок станков, выдвигая ряд требований. Например, для обеспечения рациональной автоматической смены инструментов желательно, чтобы в компоновках выполнялись следующие условия: минимум координатных перемещений при смене инструментов, сохранение постоянства координат оси шпинделя при смене инструментов, расположение неработающих инструментов вне рабочей зоны станка и др.

На рис. 24 представлена схема какую компоновку имеют горизонтально расточные станки с подвижной колонной 1. Инструменты, расположенные в магазине 2, по мере необходимости подводятся к шпинделю 3 станка и специальными устройствами устанавливаются и закрепляются в нем. Перед этим отработавший инструмент автоматически переводится из шпинделя 3 в свободное гнездо магазина 2.

Рис. 24. Компоновка горизонтально-расточного станка

Решающее влияние на компоновку станка в ряде случаев может оказать способ смены заготовки, существуют обрабатывающие центры со сменными столами или используют поворотный стол в количестве 2-х штук. Индексация поворотных столов выполняется прецизионной, чтобы обеспечить соосность отверстий, растачиваемых с двух противоположных сторон обрабатываемой детали, а также перпендикулярность и параллельность обработанных плоскостей. Обычно индексирующиеся поворотные столы имеют четыре или восемь позиций, но иногда это число достигает 72. На рис. 25 представлены способы кантования и смены обрабатываемых деталей на многооперационных станках.

На рис. 25, а обрабатываемая деталь устанавливается на поворотную плиту или приспособление 1 и подается на станок. На станке имеется устройство 2, принимающее плиту или приспособление. Устройство подводит деталь с плитой в рабочую зону к шпинделю 3 станка. Разгрузка и загрузка происходит в то время, когда приспособление 1 находится на автооператоре 4. На рис. 25, б показана схема кантования детали с двумя сдвигающимися рабочими столами. Стол 5, находящийся на поворотных салазках 6, после завершения обработки детали с четырех сторон автоматически сдвигается на направляющие второй установочной позиции 7 для разгрузки-загрузки, а на его место из позиции 8 поступает второй стол с новой заготовкой.

На рис. 25, в показаны два поворотных стола 5, смонтированных на неподвижном основании 9. Все координатные перемещения совершает шпиндель 3. В позиции 10 деталь обрабатывается, в позиции 11 происходит разгрузка-загрузка. Процесс смены и кантования обрабатываемых деталей на этих станках сокращен до минимума благодаря автоматизации и управлению по сигналу от системы программного управления.

Рис. 25. Способы кантования и смены обрабатываемых деталей

На рис. 26, а приведена схема многооперационного станка со сдвоенными поворотными столами 1, загружаемыми поочередно. Инструменты из магазина 2 подаются в зону резания и специальными устройствами устанавливаются в шпинделе 3 станка. На рис. 26, б показана схема многооперационного станка с двумя сдвигающимися столами 1.

Рис. 26. Схемы многооперационных станков

Наиболее характерным признаком станков является наличие устройств для автоматической смены инструментов в процессе обработки деталей (см., например, рис. 24). Рациональным способом автоматической смены инструментов является применение магазина оправок с инструментами, число которых может превышать 100. Эти устройства могут быть с автооператором и без него, они отличаются расположением магазинов на станке и конструкцией самих магазинов.

На рис. 27, а показаны способы автоматической замены инструмента с автооператором, расположенным между магазином и шпинделем. Автооператор имеет два захвата - для отработавшего и для нового инструментов. Автоматическая смена инструмента совершается в определенной последовательности. Во время работы станка магазин 1 индексируется в положение, в котором последующий инструмент поступает в позицию разгрузки-загрузки. По окончании работы предыдущего инструмента шпиндель 2 возвращается в положение разгрузки-загрузки. Автооператор 3 поворачивается из своего исходного положения и одновременно захватывает предыдущий и последующий инструменты. Механизм зажима освобождает оправку шпинделя. Автооператор перемещается в осевом направлении, извлекая предыдущий инструмент из шпинделя, а последующий - из магазина, затем поворачивается на 180°, меняя местами предыдущий и последующий инструменты, и перемещается в осевом направлении, посылая последующий инструмент в шпиндель, а предыдущий - в гнездо магазина. Механизм зажима закрепляет новую оправку в шпинделе. Автооператор, поворачиваясь, приходит в исходное положение. Весь цикл смены инструмента занимает 5-6 с.

Оправки с инструментами от магазина 1, расположенного вне бабки (рис. 27, б), к шпинделю 2 и обратно переносятся автооператорами 3. Увеличение числа передающих механизмов и их усложнение не приводят к увеличению времени на смену инструментов, так как она совершается во время работы станка. Для дальнейшего сокращения времени смены инструмента применяют шпиндельные головки с двумя шпинделями - рабочим и предзагрузочным (рис. 27, в, г). Пока один шпиндель находится в работе, другой разгружается от отработавшего инструмента и загружается новым с помощью автооператора, скорость работы которого В этом случае может быть небольшой. По окончании работы инструмента шпиндельная головка поворачивается на 180° индексирующим механизмом и вводит в действие второй шпиндель с новым инструментом. Смена инструмента может совершаться в течение 1-2 с.

Рис. 27. Схемы автоматической смены инструмента

В многооперационных станках число используемых в работе инструментов достигает нескольких десятков. В связи с этим решается задача такого кодирования инструмента в магазине, которое допускало бы автоматическое распознавание номеров и выбор каждого последующего инструмента по сигналам программного управления. Если, применяя магазин инструментов, их располагают по порядку использования, то кодирования не требуется. При обмене инструментами между шпинделем и гнездом магазина порядковая нумерация не нарушается, однако инструменты в магазине постепенно смещаются на один шаг. Повторное использование инструментов возможно путем их ручной перестановки в свободные гнезда, что усложняет обслуживание и увеличивает возможность ошибок при перестановке инструментов. Поэтому располагать инструменты в магазине в порядке их очередности можно только для операции, где общее число их невелико.

Кодирование инструментов позволяет избежать этих ограничений. Автоматический поиск инструмента допускает любое расположение инструментов в магазине независимо от их очередности. Существует несколько способов кодирования инструментов кодирование места под инструмент, применение специальных ключей, несущих код инструмента, и непосредственное кодирование оправок с инструментами. Рассмотрим сущность последнего способа. В этом случае между конусным хвостовиком оправки и инструментом помещают кодовые кольца. Кодирование оправок заключается в определенном расположении колец, отличающихся диаметрами. Закодированная оправка с инструментом помещается в гнездо магазина и при его повороте воздействует кольцами на конечные выключатели, число которых должно быть равно общему числу колец. Релейная схема определяет совпадение заданного кода с сочетаниями включенных и невыключенных конечных выключателей и таким образом выбирает нужный инструмент.

Метод непосредственного кодирования оправок с инструментами имеет следующие достоинства: допускается любая последовательность загрузки магазина инструментами; нет необходимости в поиске соответствующего места для предыдущего инструмента при возврате его в магазин.

Отечественное станкостроение серийно выпускает многооперационные станки с программным управлением. На рис. 28 показан фрезерный многооперационный станок 6305Ф4 с горизонтальным шпинделем, числовым программным управлением и инструментальным магазином. Станок предназначен для многооперационной обработки корпусных деталей. На нем можно производить фрезерование плоскостей и сложных криволинейных поверхностей, расфрезеровывание круглых отверстий взамен чернового растачивания, сверление и растачивание отверстий. Дисковый магазин станка вмещает 24 инструмента. Любой выбранный по программе инструмент может быть автоматически установлен в шпинделе.

Рис. 28. Продольно-фрезерный многооперационный станок 6305Ф4

В станке используется контурная система обработки с пятью управляемыми координатами. В качестве программоносителя применяется восьмидорожечная перфолента с системой кодирования (см. Программы для перфокарт, перфолент). Станок быстро переналаживается и может быть использован в серийном и мелкосерийном производстве. Точность обработки на станке, взаимная перпендикулярность двух боковых поверхностей на длине 500 мм - 0,05 мм, перпендикулярность боковой поверхности к основанию на длине 500 мм - 0,05 мм, соосность отверстий, расточенных с двух противоположных сторон на длине 500 мм - 0,05 мм. Шероховатость обработанной поверхности Ra = 2,5 мкм.

Многооперационные станки позволяют эффективно осуществлять программу большого объема. Если на отдельных простых операциях фрезерования, сверления, резьбонарезания и т. д. возможности станков с программным управлением не используются и применение их часто является нерациональным, то интеграция простых операций в одну общую совокупную программу обработки делает применение таких станков целесообразным и экономически эффективным. Возможность быстрой переналадки станка на новую деталь особенно ценна в условиях мелкосерийного производства.

Ранее были созданы участки станков с программным управлением от ЭВМ. Например, Оргстанкинпром разработал участок станков с ЧПУ и автоматизированной транспортно-складской системой (ATCC). Этот участок (рис. 29) был предназначен для комплексной механической обработки деталей типа корпусов, кронштейнов, крышек и т. п. в мелкосерийном производстве. Характеристики станков указанных на рисунке моделей даны в проспектах.

Рис. 29. Автоматический участок станков

Работа участка в автоматическом режиме осуществлялась следующим образом. Партия заготовок устанавливается на транспортер приема АТСС, который доставляет заготовки в зону действия автоматического крана-штабелера. Рабочий вынимает перфокарту из папки с технической документацией и вводит ее в устройство регистрации информации (УРИ). Информация от УРИ по каналам связи передается на ЭВМ. По команде от ЭВМ, поступившей на пульт управления, кран-штабелер совершает очередные операции: забирает тару с транспортера и устанавливает ее в одну из ячеек накопителя. В соответствии с программой ЭВМ передает команду на центральный пульт управления, и кран-штабелер транспортирует очередной комплект (инструмент, оснастку или заготовку) в зону загрузки, откуда он поступает на рабочий стол. По окончании установки инструмента или обработки партии заготовок готовая продукция поступает в зону выгрузки.

В ЭНИМСе был разработан автоматизированный участок станков с групповым программным управлением. Участок предназначен для комплексной механической обработки деталей типа тел вращения (валов, гильз, стаканов т. д.) в мелкосерийном и индивидуальном производстве и включал следующие станки с числовым программным управлением: фрезерно-центровальный МР179Ф4, два токарно-центровальных 1717Ф3, два токарных патронных полуавтомата 1П713Ф3, два токарных патронно-центровальных полуавтомата 1715МФ3, многоцелевые станки с чпу МА-655С5А И МА-655С5ВС, вертикально-сверлильный станок 2Р135Ф2. Управление работой участка, диспетчирование и учет производятся от ЭВМ, благодаря чему улучшается организация производства, сокращается период прохождения деталей по участку, повышается производительность труда.