Станки с программным управлением и промышленные роботы

Раздел: Технология

Станки с ЧПУ обеспечивают высокую производительность п точность отработки перемещений, задаваемых программой, а также сохранение этой точности в заданных пределах при длительной их эксплуатации. Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы.

Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечить совмещение различных видов обработки (точение — фрезерование, фрезерование — шлифование, обработка резанием — контроль и т. д.), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей, что особенно важно при применении промышленных роботов, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента, возможность встройки в общую автоматическую систему управления.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения. Статическая и динамическая жесткость повышается при сокращении длины кинематических цепей. С этой целью для всех рабочих органов применяют артономные приводы, а механические передачи используют в минимально возможном количестве. Приводы станков с ЧПУ должны обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует также устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и гидросистемы. В высокоточных станках температурную погрешность можно в некоторой степени уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур.

Базовые детали (станины, колонны, основания) выполняют более жесткими за счет введения дополнительных ребер жесткости. Повышенную жесткость имеют и подвижные несущие элементы (суппорты, столы, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготовляют литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что еще больше повышает жесткость и виброустойчивость.

Для улучшения условий эксплуатации при создании новых моделей станков с ЧПУ часто меняют традиционную компоновку, например токарные станки выполняют с вертикальной компоновкой, что обеспечивает удобный подход для загрузки-разгрузки промышленным роботам, хороший отвод стружки и т. д.

Направляющие станков с ПУ имеют высокую износостойкость и малую величину .силы трения, что позволяет снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить рассогласование .в следящей системе.

Направляющие скольжения имеют повышенный износ и высокий коэффициент трения, особенно на малых скоростях, что приводит к скачкообразному перемещению рабочего органа при позиционировании на малой скорости. Чтобы уменьшить коэффициент трения, направляющие скольжения станины и суппорта создают в виде пары скольжения «сталь (или высококачественный чугун) — пластиковое покрытие (фторопласт и др.)». Стальные направляющие имеют твердость HRC9 60 ... 62, а чугунные НЯСЭ 52 ... 55.

В большинстве станков с ЧПУ используют направляющие качения, комбинированные качения и скольжения, а в тяжелых станках — гидростатические направляющие.

Направляющие качения имеют высокую долговечность, характеризуются небольшим трением, причем коэффициент трения практически не зависит от скорости движения. В качестве тел качения используют ролики. Для направляющих качения применяют те же исходные профили, что и для направляющих скольжения (прямоугольные, треугольные, трапециевидные и т. д.). Предварительный натяг повышает жесткость направляющих в 2—3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства. В незамкнутых направляющих разъединению сопрягаемых деталей препятствует лишь масса перемещаемого механизма или сила пружины, поэтому при действии больших опрокидывающих моментов применяют замкнутые направляющие, где разъединению деталей препятствуют планки и другие устройства. На  11 показаны призматические замкнутые роликовые направляющие с двумя встречными призмами, натяг осуществляется с помощью винтов 1. После установки натяга нужной величины подвижная направляющая 2 прижимается к корпусу винтами, расположенными в вертикальной плоскости.

Гидростатические направляющие создают масляную подушку по всей площади контакта, отсюда — малое сопротивление движению, отсутствие износа, устранение причин скачкообразного движения и т. д. Гидростатические направляющие выполняют незамкнутыми и замкнутыми. Рассмотрим принцип их действия ( 12). От насоса 3 через фильтр 1 масло подается под постоянным давлением, поддерживаемым предохранительным клапаном 2, через дроссель 4 с постоянным сопротивлением в карман-камеру 5 на направляющей. Из кармана масло вытесняется через зазор h. Точность

движения достигается поддержанием относительного постоянства толщины масляного слоя при изменяющейся нагрузке, в простейшем случае путем установки дросселя перед каждым масляным карманом и выполнения направляющих с высокой геометрической точностью.

Привод главного движения станков с ЧПУ может иметь ступенчатое и бесступенчатое регулирование частот вращения шпинделя. При ступенчатом регулировании применяют автоматические коробки скоростей (АКС) в сочетании с одно- или многоскоростными нерегулируемыми электродвигателями. В АКС пуск, торможение, реверс, регулирование скорости осуществляется автоматически с помощью электромагнитных муфт. Такой привод имеет высокий КПД, обеспечивает передачу больших крутящих моментов при сравнительно небольших габаритах и применяется, например, в токарных станках с ЧПУ. В многоцелевых станках двух- и трехступенчатые коробки скоростей сочетают с механическими вариаторами, а переключение ступеней происходит от устройства ЧПУ электромагнитами, гидроприводом или другими методами.

Бесступенчатое регулирование частот вращения осуществляется двигателями постоянного тока с тиристорным управлением. Такие двигатели в сочетании с упрощенными двух-трехступенчатыми коробками скоростей наиболее распространены в приводах главного движения станков с ЧПУ. Преимущества такого привода: простота конструкции и легкость управления. Тенденцией их развития является применение специальных или стандартного исполнения асинхронных электродвигателей с принудительным охлаждением при мощности до 30 кВт и максимальной частоте вращения 4500— 6000 мин"1.