Инструментальные магазины металлорежущих станков

Содержание
Введение…………..……………….…………....…………………….… 3
1. Типы инструментальных магазинов в станках с ЧПУ.…….….…... 4
2. Классификация металлорежущих станков…………………..…….. 7
3. Инструментальный магазин станка: виды……………….……….. 12
Заключение...……………….………..................................................... 16
Список литературы………....……………………………...……...….. 17
Введение
Cтанки металлорежущие - машины для изготовления частей других машин в основном путем снятия с заготовки стружки режущим инструментом. Многое из того, что производится в результате человеческой деятельности в настоящее время, делается на металлорежущих станках или с помощью машин, изготовленных с применением таких станков. Их спектр очень широк – от строгальных станков с ручным управлением до компьютеризованных и роботизованных систем. Более 500 разных типов существующих металлорежущих станков могут быть подразделены не менее чем на десять групп по характеру выполняемых работ и применяемому режущему инструменту: разрезные, токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные, строгальные, зубообрабатывающие, протяжные, многопозиционные автоматические и др.
Режущий инструмент того или иного вида (резец, фреза и т.п.) снимает с обрабатываемого (металлического, пластмассового, керамического) изделия стружку примерно так же, как это происходит при чистке картофеля ножом. Материал режущего инструмента должен быть значительно более твердым и прочным, чем материал обрабатываемой детали. Станок оборудуется механизмом, обычно состоящим из салазок, шпинделей, ходовых винтов и столов с поперечным и продольным перемещением, который позволяет перемещать инструмент относительно обрабатываемой детали. На станках с ручным управлением такое относительное перемещение задает оператор, пользуясь маховичками подачи для перемещения суппорта с резцедержателем. На станках с числовым программным управлением (ЧПУ) перемещения задаются программой последовательных команд, записанной в памяти компьютера. Программа включает и выключает приводные механизмы, например электродвигатели и гидроцилиндры, которые осуществляют подачу суппорта с автоматическим регулированием взаимного положения обрабатываемой детали и режущей кромки.
1. Типы инструментальных магазинов в станках с ЧПУ
Одним из основных элементов металлообрабатывающих станков с ЧПУ являются так называемые инструментальные магазины. Данное устройство предназначается для автоматизации процесса смены металлорежущего инструмента при переходе на следующую по технологической карте операцию металлообработки. По-другому инструментальный магазин называется накопителем инструментов. Без этого компонента не обходится ни один автоматизированный станок.
В настоящее время станкостроители используют следующие типы накопителей инструментов.
Револьверные головки.
Линейные многопозиционные суппорты.
Стеллажные магазины (цепные и ременные).
Инструментальные склады.
Рисунок 1 – Металлорежущий станок с ЧПУ
Здесь следует сделать важную оговорку. Первые два типа накопителей исполняют функцию держателей инструментов. То есть они непосредственно участвуют в металлообработке. Магазины последних двух типов служат только для подачи инструментов, которые из них автоматически вынимаются и закрепляются в суппортах, напрямую подводящих резец или фрезу к обрабатываемой детали.
Краткое описание типов накопителей
Коротко опишем каждый из типов инструментальных магазинов. Принцип действия револьверной головки понятен из самого её названия. Это поворотное устройство, при вращении которого закреплённые в нём инструменты поочерёдно подводятся к обрабатываемой заготовке. В линейном многопозиционном суппорте резцы выстраиваются в одну линию и вводятся в зону металлообработки при возвратно-поступательном движении такого пгазина.
Стеллажные накопители получили своё название по концептуальной схожести со складским оборудованием для хранения материальных объектов. В таких магазинах инструменты закрепляются на держателях, расположенных один под другим – подобно полкам в обычном стеллаже. Они жёстко связаны с цепью или зубчатым ремнём, при движении которого держатели перемещаются вниз или вверх, в результате чего нужный инструмент подводится к захватам, устанавливающим его в суппорт.
Инструментальные склады являются, по сути, накопителями с очень большим количеством инструментов – до сотен единиц. Это сложная механическая система, в которой все резцы и фрезы располагаются согласно особой нумерации и кодируются по специальной координатной сетке. Такими магазинами оборудуются многоцелевые обрабатывающие центры, осуществляющие чрезвычайно сложные виды металлообработки.
Общий принцип функционирования инструментальных магазинов
Вне зависимости от конкретного типа накопителей инструментов общий принцип его работы сводится к получению управляющих команд и перемещению металлорежущих приспособлений на заданный шаг. Рабочий цикл включает следующие этапы:
получение управляющих команд;
перемещение держателей с инструментами;
смена инструментов;
возврат в исходное положение.
Всеми движениями накопителей управляет электроника. В качестве двигателей используются гидромоторы, более точные и малоинерционные.
Точность позиционирования.
Функциональность инструментального магазина во многом пределяяется такой характеристикой, как точность позиционирования. Она необходима для того, чтобы резцы или свёрла подавались к удерживающим их суппортам или к обрабатываемым заготовкам практически без отклонений от заданных значений. В этом случае решается две задачи – обеспечивается должное качество металлопродукции и продлевается срок службы инструментов.
В большинстве случаев точность позиционирования контролируется с помощью оптических приборов, в которых для измерений используется лазерный луч. Его использование минимизирует погрешности позиционирования до пренебрежимо малых величин.
2. Классификация металлорежущих станков
Металлообрабатывающие станки осуществляют обработку неметаллических материалов, например, дерева, текстолита, капрона и других пластических масс. Специальные станки обрабатывают также керамику, стекло и другие материалы.
Признаки классификации:
– по технологическому назначению;
– по степени универсальности;
– по весу; по точности;
– по основному размеру.
Классификация по технологическому назначению. По технологическому назначению (характера выполняемых работ и типа при-меняемых режущих инструментов) станки разбиты на девять групп. Выделяют следующие группы станков:
1 – токарные;
2 – сверлильные;
3 – шлифовальные;
4 – комбинированные;
5 – зубо и резьбообрабатывающие;
6 – фрезерные;
7- строгальные, долбёжные и протяжные;
8 – станки заготовительных производств;
9 – разные.
Группа токарных станков (поз. 1 – 6) состоит из станков, предназначенных для обработки поверхностей вращения. Объединяющим признаком станков является использование в качестве движения резания вращательного движения заготовки.
Группа сверлильных станков (поз. 7 – 10) включает также и расточные станки — обработка круглых отверстий. Движением резания – вращательное движение инструмента, которому обычно сообщается движение подачи. В горизонтально-расточных станках подача может осуществляться перемещением стола с обрабатываемой деталью.
Группа шлифовальных станков (поз. 20 – 24) объединяется по признаку использования в качестве режущего инструмента абразивных шлифовальных кругов.
Группа полировальных и доводочных станков объединяется по признаку использования в качестве режущего инструмента абразивных брусков, лент, порошков и паст. Группа зубообрабатывающих станков служат для обработки зубьев колес, в том числе и шлифовкой.
Группа фрезерных станков (поз. 11 – 14) состоит из станков, использующих в качестве режущего инструмента многолезвийные инструменты — фрезы.
Группа строгальных станков (поз. 15 – 17) состоит из станков, у которых общим признаком является использование в качестве движения резания прямолинейного возвратно-поступательного движения резца или обрабатываемой детали.
Группа разрезных станков включает все типы станков, предназначенных для разрезки и распиловки катаных материалов (прутки, уголки, швеллеры и т. п.).Группа протяжных станков (оз. 18 и 19) имеет один общий признак: использование в качестве режущего инструмента специальных многолезвийных инструментов — протяжек.
Группа резьбообрабатывающих станков включает все станки (кроме станков токарной группы), предназначенные специально для изготовления резьбы.
Группа разных и вспомогательных станков объединяет все станки, которые не относятся ни к одной из перечисленных выше групп.
Каждая группа станков делится на девять типов по следующим основным признакам:
- по количеству исполнительных органов одинакового назначения (многошпиндельные и т.д.);- по типу инструмента (зубодолбёжные и т.д.);
- по компоновке (вертикальношпиндельные, горизонтальношпиндельные, одностоечные и т.д.);
- по типу обрабатываемых поверхностей (круглошлифовальные, плоскошлифовальные и т.д.).
данный признак классификации используется технологом при назначении станка в зависимости от вида операции и некоторых других факторов.
Классификация по степени универсальности.
Все станки по степени универсальности делятся на четыре группы:
- универсальные станки могут выполнять более трех операций, в том числе и с применением приспособлений на большой номенклатуре деталей большого диапазона размеров;
- станки широкого назначения могут выполнять до трех операций на деталях широкой номенклатуры;
- специализированные станки предназначены для выполнения одной операции на однотипных деталях широкого диапазона размеров;
- специальные станки предназначены для обработки конкретной детали или однотипных деталей небольшого диапазона размеров.
Данный признак классификации используется технологом при назначении станка в зависимости от типа производства. Станки специальные и специализированные обычно используются в автоматических линиях.
Классификация по весу.
По весу все станки делятся на:
- легкие – весом до 1 тонны;
- средние – весом до10 тонн;
- крупные – весом до 30 тонн;
- тяжёлые – весом до 100 тонн;
- уникальные
– весом свыше 100 тонн.
Данный признак классификации используется в основном проекти- ровщиками механосборочных цехов для установки в тех или иных пролетах грузоподъёмных механизмов соответствующей грузоподъёмности для установки и снятия заготовок на станок и со станка. От веса станка зависит так же способ его установки в цеху. Станки легкие и средние устанавливаются на общем полу цеха, а станки крупные и выше требуют специальных фундаментов для их установки.
Классификация по точности.
По точности все станки делятся на станки:
- нормальной точности, обозначаются буквой Н (обычно не обозначаются);
- повышенной точности – П;
- высокой точности – В;
- особо высокой точности – А;
- особо точные – С (мастер – станки).Данный признак классификации используется технологом при назначении станка в зависимости от требуемой точности обработки. Станки классов точности В, А и С должны эксплуатироваться в специальных помещениях (термоконстантные участки или цеха) , в которых поддерживается стабильный температурный режим. Причем чем ни выше точность станка, тем жестче температурный режим помещения.
Классификация по основному размеру.
Станок каждого типа имеет свой основной размер, который характеризует размер или размеры обрабатываемых деталей, инструмента или размеры станка. Для токарных автоматов и токарноревольверных станков таким размером является максимальный диаметр прутка, который может быть вставлен в отверстие шпинделя станка. Для карусельных, круглошлифовальных и зубофрезерных станков таким размером является наибольщий диаметр обрабатываемой детали. Для фрезерных станков размеры стола и т.д. Для станков наиболее распространенных типов разработаны размерные ряды. Каждый ряд включает в себя несколько станков подобных по конструкции, компоновке, принципу действия и т.д. и отличаются друг от друга диапазоном размеров обрабатываемых деталей. Например размерный ряд токарновинторезных станков образуют станки моделей 1И611, 16Б16, 16К20, 1М63, 164, 165, 168,.и т.д., которые отличаются максимальными диаметрами обрабатываемых деталей (250, 320, 400, 630, 800, 1000 мм и т.д.).
Конструкция станков из одного размерного ряда состоит в основном из унифицированных узлов и деталей , одинаковых или подобных. Это облегчает проектирование, изготовление и эксплуатацию станков.
Обозначение станков.
Для большинства станков включенных в размерные ряды установлено следующее правило построения обозначения модели станка. Первая цифра обозначает принадлежность станка к технологической группе. Вторая цифра обозначает принадлежность станка к определенному типу. Третья или третья и четвертая цифры обозначают типоразмер станка (его основной размер). У некоторых типов станков основной размер обозначается формальной цифрой (горизонтально, вертикально-фрезерные и некоторые другие). Буква стоящая между первой и второй цифрой или второй и третьей обозначает модернизацию. Модернизация станка сопровождается изменением основных технических характеристик. Буква, за исключением букв Н, П, В ,А ,С, М, Ф, стоящая после обозначения основного размера обозначает модификацию станка. Модификация станка сопровождается изменением конструкции отдельных узлов станка без изменения основных характеристик Буквы Н, П, В, А,С обозначают класс точности, буква М обозначает наличие у станка магазина инструментов и, или заготовок. Буква Ф обозначает наличие системы числового программного управления станком. Цифра стоящая сразу за буквой Ф обозначает тип системы числового программного управления. 1 – система цифровой индикации, 2 – позиционная система управления, 3 – контурная система управления, 4- комбинированная система управления.
3. Инструментальный магазин станка: виды
Как уже отмечалось, структурная схема станка типа обрабатывающий центр имеет в своем составе инструментальный магазин и устройство автоматической смены инструментов в шпинделе. Инструментальные магазины вертикальных обрабатывающих центров можно разделить на три типа. Выбор применяемой конструкции обычно бывает обусловлен задачами, стоящими перед оборудованием, и его стоимостью.
Магазин револьверного типа жестко скреплен со шпинделем и выполнен в виде револьверной головки (рис. 2). Во время работы станка магазин перемещается вместе со шпинделем. Конструкция магазина проста и надежна, однако его емкость невелика и обычно составляет не более 12 единиц. Смена инструмента производится простым поворотом револьверной головки и может осуществляться в любой точке на линии движения шпинделя.
Рисунок 2 – Магазин револьверного типа у обрабатывающего центра
Другие типы механизмов смены инструментов представляют собой отдельно расположенные устройства. Механизмы производят заданные манипуляции при фиксации шпинделя в строго установленной точке. Эта точка часто совпадает с крайней точкой его перемещения.
Инструментальный магазин станка типа «Зонтик» (рис. 3) представляет собой барабан с инструментами, емкость (количество мест для установки инструментов) которого составляет 20…30 позиций. Положение магазина – горизонтальное, над рабочим столом, в стороне от шпинделя. Передача инструментов между магазином и шпинделем осуществляется в процессе взаимных перемещений шпинделя /и барабана. Время смены инструментов 8…15 с.
Рисунок 3 – Механизм смены инструментов типа «Зонтик» у вертикальных станков
Механизмы смены инструментов типа «ARM (Рука)» представляют собой манипулятор, действующий совместно с барабаном (рис.4), диском (рис. 5) или цепным конвейером (рис. 6). Емкость барабана и диска обычно составляет 20…40 позиций; емкость цепного конвейера не ограничена и может достигать 200 единиц.
На рис. 7 приведена фотография механизма типа «Рука». Процесс смены инструмента выглядит следующим образом (рис. 8): Инструментальный магазин станка (вид со стороны манипулятора), осуществляющего передачу инструментов между магазином и шпинделем.
Рисунок 4 – Механизмы смены инструментов вертикальных станков
Рисунок 5 – Вертикальный станок с магазином типа «Рука» и диском с инструментами
Рисунок 6 – Инструментальный магазин типа цепной конвейер
Рисунок 7 – Инструментальный магазин типа «Рука»
Рисунок 8 – Процесс смены инструмента: 1 – инструмент в магазине в штатном положении; 2 – инструмент на подготовительной позиции; 3 - манипулятор в штатном положении; 4 – шпиндель; 5 – инструмент в шпинделе
С целью вызова в шпиндель инструмент приходит на подготовительную позицию 2 и встает в вертикальное положение. Далее манипулятор 3 осуществляет одновременный захват двух инструментов: из шпинделя 5 и с подготовительной позиции 2. Затем следует разворот манипулятора и смена инструментов местами. Описанные устройства способны осуществлять поиск инструмента в магазине одновременно с обработкой детали другим инструментом. Это позволяет снизить время смены инструмента в шпинделе до 2…5 с.
В горизонтальных ОЦ применяются исключительно механизмы смены инструментов типа «Рука». Инструментальные магазины относительно небольших станков обычно выполняются в виде барабанов. В крупных станках инструменты содержатся в цепных конвейерах. Их большая емкость позволяет постоянно хранить в станке широкий спектр инструментов, настроенных на обработку сразу нескольких деталей. Наличие инструментов на подготовленных позициях позволяет существенно снизить время наладки технологического оснащения для выполнения операций.
Заключения
Металлорежущие станки являются основным видом промышленного оборудования, предназначенного для производства всех видов современных машин, приборов, приспособлений. В основных направлениях экономического развития на период до 2012 года указывается, что необходимо обеспечить коренную реконструкцию и опережающее развитие машиностроительного комплекса, прежде всего станкостроением, производства вычислительной техники, приборостроения и электронной промышленности. В практической реализации этих задач первостепенное значение имеет:
· Повышение точности станков путем совершенствования их конструкции.
· Повышение производительности станков путем классификации режимов обработки.
· Всесторонне развитых рабочих.
Профессиональная их деятельность характеризуется высоко квалифицированным удом. Это связано со служебными техническими и специальными занятиями, рационализаторством и новаторством.
Список литературы
1. Кочергин А.И. Расчет, конструирование металлорежущих станков и станочных комплексов. "Вышэйшая школа", 1991. – 288 с.;
2. Кучер А.М., Киватицкий М.М., Покровский А.А. Металлорежущие станки (альбом общих видов, кинематических схем и узлов). Изд-во "Машиностроение", 1971. - 308 с.;
Металлорежущие станки. Колл. авторов под ред. проф.В.К. Тепинкичиева.М., "Машиностроение", 1973. - 472 с.;
3. Сергель Н.Н. Металлорежущие станки: Курс лекций/ Н.Н. Сергель. - Барановичи: БарГУ, 2006. - 360 с.;
4. Чернов И.А. Металлорежущие станки - 3-е издание, переработанное и дополненное, М: Машиностроение, 2003. – 351 с.