animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Фрезерный ОЦ / Устройство Смены Инструмента

Устройство Смены Инструмента

На основе разработанной ЭНИMCом методики была создана модульное устройство автоматической смены инструмента (АСИ), которое применимо на большинстве обрабатывающих центров, имеющих диапазон размеров B=320...1600 мм независимо от компоновочных решений станков. Исключение составили консольно-фрезерные станки, широкоуниверсальные инструментальные станки малых размеров и станки сверлильно-фрезерно-расточной группы в шпинделе с конусом BT30.

Основные технические характеристики устройств смены инструмента, входящих в модульную систему, можно изменять в указанных ниже пределах В зависимости от требований заказчика.

Предусмотрены следующие характеристики системы: вместимость магазина инструментов 20...100 шт.; положение рабочего шпинделя (горизонтальное, вертикальное и комбинированное); конусность хвостовика инструмента 7:24 (BT40, BT50); максимальная длина инструмента 400 мм для конуса ВТ40, 500 мм для конуса ВТ50; максимальная масса инструмента 15 кг для конуса BT40, 30 кг для конуса BT50; способ поиска инструмента - кодированные гнездо или инструмент; предусмотрено слежение за положением шпинделя; расположение магазина инструментов - подвесное или напольное.

Основными узлами, входящими в систему, являются автооператор, магазин инструментов, траверса, механизм слежения и устройство управления. Ряд узлов и некоторые модификации устройств смены инструмента показаны на рис. 1, а примеры сочетаний узлов в таблице на рис. 2.

Рис. 1. Модульная система автоматической смены инструмента, разработанная ЭНИMCом: а - инструментальные магазины; б - автооператоры: в - траверса; г - механизм слежения; д - подставка; e - примеры размещения АСИ на обрабатывающем центре

Устройство автоматической смены инструмента -1 предназначено для смены инструмента в горизонтальном шпинделе одностоечного MC; магазин инструментов и траверса закреплены на подвижной стойке станка. Смена инструмента осуществляется в среднем положении шпиндельной бабки по оси Y. При необходимости смены инструмента в любом положении шпиндельной бабки используется устройство АСИ-1.1. Магазин инструментов в этом случае крепят на стойке, а траверсу - на шпиндельной бабке.

Рис. 2. Различные сочетания узлов устройств автоматической смены инструмента (прим. - знаком «+» обозначен узел, входящий в АСИ).

Устройство автоматической смены инструмента -2 применяют для смены инструмента в горизонтальном шпинделе одностоечного обрабатывающего центра с консольно расположенной шпиндельной бабкой. Магазин инструментов закреплең на стойке сбоку, удлиненная траверса - на каретке механизма слежения. Смена инструмента осуществляется в любом положении шпиндельной бабки по оси Y.

Устройство автоматической смены инструмента - 3 предназначено для смены инструмента в вертикальном шпинделе одностоечного станка. Магазин инструментов закреплен на стойке сбоку. Траверсу в этом случае делают разрезной: ее закругленный конец крепят на шпиндельной бабке, а прямолинейный - на стойке сбоку. Смену инструмента осуществляют в крайнем верхнем положении шпиндельной бабки. Такую же компоновку, но с напольным магазином имеет устройство АСИ-3.1, используемое в станках повышенной точности. В этом исполнении прямолинейный конец траверсы крепят на стойке магазина инструментов.

Устройство автоматической смены инструмента - 4 применяют для смены инструмента в вертикальном шпинделе двухстоечного станка с ползунковой шпиндельной бабкой. Напольный магазин инструментов расположен сбоку у левой стойки, на которой крепится траверса. Смену инструмента осуществляют в крайнем левом положении шпиндельной бабки и верхнем положении ползуна.

Устройство автоматической смены инструмента - 5 предназначено для смены инструмента в вертикальном или горизонтальном шпинделе двухстоечного станка с ползунковой шпиндельной бабкой и сменной головкой с горизонтальным шпинделем. Напольный вариант магазина инструментов расположен у левой стойки, на которой крепят траверсу. Автооператор в этом случае имеет механическую руку со смещением захватов.

Устройство автоматической смены инструмента - 6 применяют для смены инструмента в вертикальном или горизонтальном шпинделе двухстоечного станка с подвижной поперечной и сменной головкой с горизонтальным шпинделем. Магазин инструментов расположен аналогично АСИ-6, а траверса в этом случае закреплена на поперечине. Смену инструмента осуществляют в крайнем левом положении шпиндельной бабки и любом положении поперечины. Механическая рука автооператора также выполнена со смещением захватов.

Устройство автоматической смены инструмента - 7 предназначено для смены инструмента в горизонтальном шпинделе одностоечного обрабатывающего центра высокого класса точности. Напольный магазин инструментов расположен сбоку. На стойке магазина закреплена направляющая механизма слежения, к каретке которого крепятся траверсы. Смену инструмента осуществляют в любом положении шпиндельной бабки по оси Y.

Устройство автоматической смены инструмента - 8 применяют для смены инструмента в вертикальном шпинделе двухстоечного обрабатывающего центра высокого класса точности. Напольный магазин инструментов расположен сбоку у левой стойки. Траверса установлена параллельно поперечине на дополнительных опорах. Автооператор следит за положением шпиндельной бабки. Его механическая рука выполнена со смещением захватов. Смена инструмента осуществляется в любом положении шпинделя по оси Y. Рассмотренные компоновочные решения модульной системы автоматической смены инструмента относят к типовым представителям устройств АСИ, но возможности системы АСИ не ограничиваются только этими исполнениями. Рассмотрим основные узлы модульной системы устройств смены инструмента.

Автооператор предназначен для доставки инструмента от магазина к шпинделю. Его основными узлами являются тележка, механическая рука, блок механизма выдвижения и поворота руки и механизм фиксации этого блока. Тележка представляет собой привод перемещения автооператора на траверсе. Вращение от двигателя посредством электромагнитных муфт преобразуется в перемещение автооператора или в поворот руки на 180°. В приводе перемещения имеется двухступенчатый редуктор, выходным звеном которого является вал с двумя кремальерными шестернями. Последние, находясь в зацеплении с рейками и перекатываясь по направляющим траверсы, стабилизируют положение каретки в двух плоскостях: перпендикулярном и параллельном направлении ее движения по траверсе.

Выдвижение руки осуществляется дифференциальным гидроцилиндром, снабженным двумя дросселирующими устройствами, срабатывающими в крайних положениях штока цилиндра. Поворот руки на 180° осуществляется благодаря передаче вращения от двигателя через муфту, червячную и коническую передачи на выдвижной корпус гидроцилиндра, к которому крепят руку. Для захвата инструмента служат подпружиненные губки руки, которые после выдвижения на 20 мм жестко фиксируются профильным кулачком. Автооператор для станков с вертикальным шпинделем отличается наличием дополнительного движения от блока поворота на 90°.

Предусмотрены следующие модификации автооператора по исполнениям основных узлов: типу привода (гидравлический или от высокомоментного двигателя); номеру конуса (ВТ40 или ВТ50); расположению шпинделя станка (горизонтальный, вертикальный) и размеру между осями инструментов в руке (450...800 мм). Тележка автооператора для устройства смены инструмента к шпинделям с конусом BT40 и BT50 одинакова. Модификации автооператора приведены в таблице на рис. 3.

Рис. 3. Модификация автооператора (прим. - каждая модификация имеет горизонтальное и вертикальное исполнение. Знаком «+» обозначен тип исполнения конца автооператора).

При использовании устройства смены инструмента на двухстоечных станках, типа портальные фрезерные станки с ЧПУ, со сменными головками с горизонтальным шпинделем для автоматической смены инструмента в обоих шпинделях необходимо обеспечить смещение захватов руки от оси ее поворота. Для этого предусмотрены четыре модификации руки со смещением захватов на 60, 100, 160 и 250 мм.

Магазин инструментов может быть цепным с горизонтальной осью вращения и с горизонтальными осями инструментов. Привод вращения магазина представляет собой реверсивный двухступенчатый редуктор. Цепь магазина приводится в движение от гидравлического или электрического высокомоментного двигателя. Механизм фиксации цепи, закрепленный на траверсе, предназначен для жесткой связи траверсы с гнездом, из которого берется новый инструмент, или с гнездом, в которое ставится использованный инструмент. Рычаги механизма фиксации инструмента обеспечивают доведение искомого гнезда в требуемое положение после остановки магазина.

В модульной системе автоматической смены инструмента в зависимости от требований заказчика поиск инструмента осуществляется кодированием гнезда или инструмента. В первом случае поиск производится по кратчайшему пути. При этом используется индуктивный датчик, состоящий из четырех индуктивных конечных переключателей. Во втором случае поиск осуществляется также по кратчайшему пути с установкой инструмента в свободное гнездо и его перекодировкой.

При этом используется фотоэлектрический датчик, взаимозаменяемый с индуктивным, для чего предусмотрены инструментальные гнезда с отверстиями для прохода светового луча. Инструментальные гнезда двух типов (в зависимости от способа кодирования) крепят на стандартной втулочно-роликовой цепи. По требованию заказчика магазин может быть выполнен с числом гнезд от 20 до 100 и шагом t между ними согласно рис. 4.

Траверса, по которой перемещается автооператор от магазина к шпинделю, имеет постоянное сечение для устройства автоматической смены инструмента. Предусмотрены различные ее модификации по длине. Траверсы нормальной длины применяют в станках с центрально расположенной шпиндельной бабкой. Удлиненные траверсы используют в станках с боковым расположением шпиндельной бабки и в этом случае крепят на каретке следящего устройства. Разрезные траверсы применяют при напольном магазине и поперечно-подвижной стойке обрабатывающего центра. При этом прямолинейный конец траверсы закрепляют на магазине, а закругленный - на шпиндельной бабке.

Механизм слежения выполняют в виде каретки, перемещающейся по направляющей и имеет две модификации: с приводом каретки, размещенным на ней (вариант АСИ-2), и приводом от цепи магазина (вариант АСИ-7).

Рис. 4. Модификация инструментальных магазинов: S - шаг гнезд магазина; dиmax - максимальный диаметр инструмента, устанавливаемого в магазин при соседних заполненных гнездах; Dиmax - то же, при соседних пустых гнездах; L - общая длина инструмента с оправкой, включая хвостовик; m - масса инструмента

Автоматическая смена инструмента с промежуточным носителем и автооператором

Стремление удалить инструментальный магазин от рабочей зоны обрабатывающего центра привело к разработке устройств автоматической смены инструмента, где кроме основного автооператора имеется какой-либо промежуточный носитель, обеспечивающий связь между шпиндельной бабкой и магазином.

Одним из примеров такого решения может служить обрабатывающий центр, предназначенный для обработки сложных заготовок массой до 12 000 кг. Два цепных магазина М1 и M2 (рис. 5, а), емкостью 60 инструментов каждый, размещены в общем корпусе, установленном на салазках станка. Они приводятся в движение электродвигателем д через зубчато-ременную 15, червячную 14 передачи и ведущие ролики 13 и 16. Сегменты 5 поддерживают и натягивают цепи. Каждое звено цепи магазина имеет гнездо (рис. 5, б) с пластмассовой конической втулкой 27 для инструментальной оправки 26 с закрепленным в ней инструментом 25. Оправка удерживается в гнезде подпружиненным фиксатором 28. В устройстве автоматической смены инструмента имеются два автооператора. Основной автооператор А (см. рис. 5, а) выполнен в виде двухзахватного поворотного рычага 6. Инструментальная оправка удерживается в каждом захвате автооператора упором 3 и фиксатором 2, который перемещается штоком гидроцилиндра 8, куда подается под давлением по каналу С масло от насоса. Для освобождения оправки масло на слив, и фиксатор 2 отходит от оправки под действием пружины 7. Автооператор А имеет два движения: поворот относительно горизонтальной оси (с помощью гидроцилиндра 22 и реечно-шестеренчатой передачи 23) и перемещение вдоль оси (с помощью гидроцилиндра 24).

Второй, дополнительный автооператор (ДА) связывает первый автооператор с магазинами. Когда автооператоры сближаются, захваты 1 и 4 добавочного автооператора оказываются между упором 3 и фиксатором 2 основного автооператора А (рис. 5, в), гидроцилиндр 11 поворачивает рычаги захватов 1 и 4, и они зажимают инструментальную оправку. Фиксатор 2 отходит, и происходит передача инструмента от одного автооператора к другому. Для переноса инструмента с оправкой в гнездо 12 магазина каретка 19 добавочного автооператора перемещается вправо по направляющим качения гидроцилиндром 20. После этого захваты добавочного автооператора раскрываются, и он отходит в нейтральное положение, чтобы не мешать движению цепи для поиска следующего инструмента (в станке кодируются гнезда магазина).

Для обслуживания магазина М2 дополнительный автооператор гидроцилиндром 21 с помощью реечной передачи 10 и рычага 9 отводится в сторону по стрелке Б. Его корпус 18 поворачивается вокруг оси 17 на 180° (стрелка К) с помощью привода, не показанного на схеме. После этого дополнительный автооператор извлекает инструмент из гнезда магазина М2 и вместе с ним возвращается в положение, показанное на рис. 5, a, для передачи инструмента в ранее освободившийся захват автооператора А.

Рис. 5. Устройство автоматической смены инструмента для обрабатывающего центра с двумя магазинами

В продольно-обрабатывающих центрах целесообразно размещать инструментальный магазин на одной из стоек или рядом с ней. В этом случае удобно устанавливать или вынимать инструменты при наладке станка, магазин удален от рабочей зоны.

Такая компоновка принята в обрабатывающем центре 6620МФ4 (рис. 6, а). Дисковый магазин М выполнен в виде самостоятельного агрегата с приводами поворота диска (для поиска инструмента) и вертикального перемещения. Корпус КА автооператора А прикреплен сбоку к шпиндельной бабке ШБ и при позиционировании перемещается вместе с ней. Связь между автооператором и магазином обеспечивает промежуточный носитель H, установленный на каретке КН. В крайнем левом положении каретки КН носитель H захватывает за оправку нужный инструмент и ходом вверх вытаскивает его из магазина. Каретка совершает ход вправо из положения 1 в положение 2, где она автоматически сцепляется с корпусом автооператора KA. Теперь автооператор может, поворачиваясь, захватить Одновременно инструмент, находящийся в шпинделе и в промежуточном носителе. При ходе вниз, повороте на 180° и возврате в исходное положение автооператор меняет инструменты местами, а затем поворачивается в среднее нейтральное положение, не мешающее работе шпинделя. Начинается очередной переход, во время которого промежуточный носитель транспортирует отработавший инструмент в магазин. Последующие действия - отвод носителя для поворота магазина, поиск следующего инструмента, подвод носителя для его захвата и транспортирование к автооператору - выполняются во время работы станка при любом положении шпиндельной бабки. Благодаря этому достигается существенная экономия времени по сравнению со способом смены инструментов движением шпиндельной бабки.

В горизонтальном обрабатывающем центре C250/01 NC (ГДР) барабанный магазин на 32 инструмента размещен на значительном расстоянии от рабочей зоны на отдельной стойке (рис. 6, б). Связь магазина со шпинделем обеспечивает автооператор А, закрепленный на каретке КН промежуточного носителя. Автооператор имеет два захвата с раздельным перемещением от гидроцилиндров Ц1 и Ц2. Возвратно-поступательное движение захватов при смене инструментов происходит по прямолинейным траекториям, пересекающимся с осью гнезда магазина или осью шпинделя.

Рис. 6. Устройство смены инструментов с применением промежуточного носителя на продольно-обрабатывающем (а) и горизонтальном (б) станках

В положении, показанном на схеме, верхний захват автооператора готовится захватить инструмент, находящийся в шпинделе. Для этого шток гидроцилиндра Ц1 выдвинется вперед, и захват зажмет оправку инструмента. После освобождения инструмента каретка KH сместится вправо, и оправка с инструментом будет извлечена из шпинделя. Шток гидроцилиндра Ц1 отойдет вместе с захватом и отработавшим инструментом. Гидроцилиндр Ц2 подведет нижний захват, удерживающий инструмент, подготовленный к смене. При ходе корпуса к Н влево сменяющий инструмент вставляется в отверстие шпинделя и закрепляется там с помощью оправки. Гидроцилиндр Ц2 отводит освободившийся захват от шпинделя, и корпус КН перемещается по направляющим траверсы Т к магазину М. Здесь цикл работы захватов выполняется в обратном порядке: верхний захват загружает отработавший инструмент в свободное гнездо магазина и отходит, чтобы не мешать повороту магазина для поиска следующего инструмента. Затем нижний захват забирает очередной инструмент из магазина, и каретка KH движется к шпиндельной бабке ШБ - готовится следующая смена инструмента.

Расположение магазина удобно для загрузки - разгрузки инструмента наладчика, наблюдения за изнашиванием инструмента, а при необходимости - для временного извлечения для подналадки на размер и т. д. Все механизмы автоматической смены инструмента расположены отдельно от станка, и их работа не влияет на работу станка.

Главный недостаток рассмотренной компоновки - громоздкость конструкции, большая занимаемая производственная площадь. Применение се оправдано для прецизионных станков, где необходимо устранение вибраций.

Сложные конструкторские задачи возникают при проектировании устройств автоматической смены инструмента, позволяющих подавать инструмент из магазина не в один, а в два шпинделя, расположенные взаимно перпендикулярно.

Наличие у станка двух этих шпинделей позволяет значительно расширить технологические возможности станка. Если на продольно-обрабатывающем центре с вертикальным шпинделем можно с одного установа обработать только горизонтально расположенные полости заготовки и перпендикулярные к ним отверстия, колодцы и т. п. элементы, то добавление второго - горизонтального шпинделя, размещенного к тому же в поворотной бабке, позволяет выполнить полную обработку сложной заготовки с пяти сторон. Примером такого устройства автоматической смены инструмента может служить система смены инструментов станка, приведенная на рис. 7. Шпиндельная бабка ШБ станка несет вертикальный Шв и горизонтальный Шг шпиндели и может поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол, кратный 90°.

Рис. 7. Устройство смены инструментов в вертикальном (а, б) и горизонтальном (в) шпинделе

Смена инструментов выполняется основным А и дополнительным ДА автооператорами с использованием промежуточного кантователя К. В положении, показанном на рис. 7, а, автооператор ДА вставляет инструмент, извлеченный им предварительно из магазина M, в гнездо кантователя К (оно служит здесь позицией ожидания). Теперь нужно повернуть инструмент в вертикальное положение, параллельное оси вертикального шпинделя Шв. Поэтому после того, как автооператор ДА займет нейтральное положение (поворот по стрелке 1), гнездо Г кантователя К опрокидывается (стрелка 2) вместе с инструментом и устанавливается вертикально. Вступает в работу автооператор А. Поворачиваясь (стрелка 3), он захватывает и вытаскивает инструменты из гнезда кантователя и шпинделя (рис. 7, б). Затем выполняются обычные действия по смене инструмента. Отработавший инструмент поступает в нужное гнездо магазина.

Если требуется подать инструмент в горизонтальный шпиндель Шг, то после транспортирования его в гнездо кантователя и поворота гнезда на 90° кантователь разворачивается вокруг горизонтальной оси и оси меняемых инструментов оказываются в одной плоскости. Одновременно происходит поворот корпуса автооператора А в ту же плоскость (рис. 7, в), а затем смена инструментов.