Cтанки с числовым программным управлением (ЧПУ)

Cтанки с числовым программным управлением — современное прогрессивное металлорежущее оборудование автоматически, с высокой производительностью и точностью обрабатывает (точением, сверлением, фрезерованием, шлифованием) различные детали, в том числе сложные корпусные. На таком оборудовании автоматически и бесступеичато меняются частоты вращения, шпинделей и скорости подач суппортов, столов и других механизмов, которые также автоматически устанавливаются в заданных положениях и закрепляются. Смена режущего инструмента, предварительно настроенного, также происходит автоматически.

Однако на ряде моделей станков с ЧПУ режущий инструмент меняет оператор.

Понятие о программном управлении

При автоматическом управлении станком команды в необходимой последовательности задают программоносителем. Программоносителями могут служить кулачки, копиры, упоры и т. д., по командам которых работают автоматы, полуавтоматы, копировальные станки и др. При смене объекта производства заменяют кулачки, копиры и другие элементы новыми.

В станках с программным управлением применяют программоносители в виде перфокарт, перфолент, магнитных лент, содержащие информацию. Такие программоносители позволяют автоматизировать процесс подготовки программ с меньшими затратами.

На программоносителе может быть представлена геометрическая и технологическая информации. Технологическая информация содержит данные о последовательности ввода в работу различных инструментов, изменение режимов резания, включение и переключение частот вращения шпинделя и др. Геометрическая информация характеризует форму, размеры элементов изделия и инструмента и их взаимное положение в пространстве.

По виду управления станки с программным управлением (ПУ) делят на станки с системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). в станках с ЧПУ в программоноситель вводят только технологическую информацию, а размерная настройка обеспечивается на станке упорами. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который закодированы как технологические, так и размерные информации.

Применение станков с ЧПУ позволяет высвободить большое число универсального оборудования и обеспечить высокую производительность труда.

Однако поддержание этих станков в работоспособном состоянии требует высокой квалификации слесарей-ремонтников, электроников и электриков.

Конструктивные особенности станков с ЧПУ

Известно, что квалифицированный рабочий, хорошо знающий свой станок, может изготовлять на нем высококачественные детали, даже если станок изношен и не соответствует техническим условиям. С другой стороны, малоквалифицированный станочник не всегда умеет обеспечить обработку заготовок с необходимой точностью на хорошем станке. При работе на универсальном оборудовании рабочий, являясь одним из звеньев системы управления, обеспечивает необходимую точность обработки, учитывая и корректируя возникающие отклонения. Станки с ЧПУ предназначены для универсального использования без участия рабочего. Поэтому к ним предъявляется ряд повышенных требований. С целью повышения жесткости и точности станины, стойки, столы и другие базовые сборочные единицы изготовляют с дополнительными ребрами жесткости, а приводы главного движения и подач выполняют с кинематической цепью минимальной длины с беззазорными зубчатыми (рис. 122—124) и шарико-винтовыми передачами. Последние в сочетании с напрвляющими качения исполнительных механизмов (столов, суппортов и др.) обеспечивают высокую динамическую жесткость, плавность перемещения и стабильность параметров при самых низких скоростях.

устранение зазора в зубчатой передаче

В приводах главного движения, механизмах подач для смены инструментов широко используются электромагнитные муфты, позволяющие автоматически переключать скорости, четко переключать передачи, осуществлять реверсирование и торможение.

Шпиндельные механизмы делают более жесткими за счет увеличения диаметров и усиления опор главным образом подшипниками качения с предварительным натягом. Эти конструкции усложняют еще и тем, что в них встраивают устройства для автоматического зажима и отжима инструментов.

схема выборки люфта

Для точности позиционирования широко используются шаговые электродвигатели в сочетании с гидроусилителями моментов. Передачи в станках с системой ЧПУ выполняются как беззазорные, в том числе и зубчатые, передающие движение исполнительным механизмам.

Беззазорность в зубчатых зацеплениях достигается различными способами, ниже представлены некоторые из них. На рис. 122 показана беззазорная зубчатая передача. Это достигается радиальным сближением прямозубых зубчатых колес (изменением межосевого расстояния А между валами). Для этого осуществляют разворот эксцентриковой втулки 2 с валом 3. При этом обеспечивают умеренно плотное сцепление, при котором люфт между зубьями почти не ощутим.

схема выборки зазора

На рис. 123 показана передача, у которой уменьшение люфта между цилиндрическими зубчатыми колесами 1,2 w 3 осуществляется разворотом колес 2 и 3 одного вала. Колесо 3 посажено на ступице колеса 2 (которое соединено с валом шпонкой 6) и скреплено с ним винтами 5. При этом каждое из колес 2 w3 работает одним противоположным профилем. Уменьшение зазора в зацеплении производится посредством эксцентрика.
На рис. 124 показана беззазорная зубчатая передача со сдвоенными косозубыми колесами 5 и 7 с промежуточными полукольцами 2 и 6, соединенными винтами 4 и штифтами 3. Колесо 7 посажено на ступице колеса 5 по скользящей посадке и удерживается от разворота штифтами. Устранение зазора в этом зубчатом зацеплении осуществляют осевым сдвигом колеса 7 относительно колеса 5, при котором каждый из зубчатых венцов будет контактировать противоположным 8 м 9 (рис. 124) профилем с широким зубчатым колесом 1.

Чтобы устранить зазор, ослабляют винты, вынимают полукольца 2 и 6 и затем винтами 4 регулируют сцепление так, чтобы не было ощущение люфта при изменении направления вращения передачи. Далее щупом замеряют расстояние между внутренними торцами колес 5 и 7 с точностью 0,01 мм и по среднему значению трех замеров на разных участках шлифуют полукольца, которые устанавливают на место и закрепляют винты 4.
Большие эксплуатационные преимущества направляющих качения по точности, жесткости, долговечности, низкому коэффициенту трения, и в частности роликовых опор с циркулирующими роликами (танкетки), обусловливают все большее их применение на современных станках, в том числе с ЧПУ.

роликовая направляющая качения

Танкетки изготовляют разных типов и размеров, одна из них представлена на рис. 125. Она состоит из двух обойм, комплекта роликов 6, двух сепараторов 5, крепежных винтов 5, штифтов 7, 5 и направляющей 4.

Роликовые опоры, набитые смазкой ЦИАТИМ-201, монтируют на специальных платформах (монтажные подушки) в количестве одной — трех штук в зависимости от нагрузки и длины хода. Обоймы танкеток скрепляют с платформой 2 винтами 5, при этом добиваются, чтобы токарный станок с числовым программным управлением 16К20ФЗС4.

токарный станок с программным управлением

Станок 16К20ФЗС4 предназначен для обработки в полуавтоматическом цикле наружных и внутренних поверхностей и деталей типа тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилем самой различной сложности, а также для нарезания резьбы.

Основание станка — монолитная отливка, на которой установлена станина. В левой нише основания размещена моторная установка, на задней части основание крепится автоматическая коробка скоростей (рис. 126).

Средняя часть основания служит сборником для стружки и охлаждающей жидкости.

Станина 17 (рис. 126) коробчатой формы, с поперечными ребрами П-образиого профиля. Для перемещения каретки суппорта (под Передвижным щитком) служит неравнобокая призматическая, передняя и плоская задняя каленые направляющие. На правой части станины крепится привод продольной подачи.

Привод главного движения включает электродвигатель, автоматическую девятискоростную коробку скоростей 3, переднюю бабку 16 (рис. 127), соединенные клиноременными передачами. В шпиндельной бабке предусмотрено переключение вручную рукояткой 2 (см. рис. 126) трех диапазонов скоростей, что вместе с девятьюскоростной коробкой скоростей обеспечивает получение частот вращения шпинделя от 12,5 до 2000 об/мин.

Привод поперечной подачи монтируется на задней стороне каретки суппорта и включает шаговый двигатель с гидроусилителем, одноступенчатый редуктор и передачу винт — гайка качения.

Суппорт и каретка — традиционного типа, отличаются увеличенной высотой каретки суппорта для повышения жесткости и возможности установки шарикового винта поперечной подачи диаметром 40 мм.

Поворотная резцедержавка 4 (см. рис. 126) — шестипознционная (с горизонтальной осью вращения), в которой устанавливается шесть резцов-вставок (инструментальных блоков), предварительно настроенных на заданные размеры вне станка.

Гидрооборудование станка включает гидростанцию с резервуаром для масла емкостью 100 л, регулируемым насосом, приводным электродвигателем и элементами фильтрации и охлаждения, гидроусилителями моментов продольного и поперечного ходов суппорта, магистральными трубопроводами, соединяющими сборочные единицы станка и аппаратуры.

схема регулировки ремней

Система ЧПУ обеспечивает перемещение суппорта по двум координатам, автоматическое переключение девяти скоростей шпинделя, индексацию шестипозиционного резцедержателя с автоматическим поиском требуемой позиции, а также выполнение ряда вспомогательных команд.
Работа гидропривода происходит в соответствии с подачей электрических команд от системы управления (ЧПУ) к шаговым двигателям.
При отработке шаговым электродвигателем (ШД) (рис. 128) какого-то числа электрических импульсов происходит поворот через муфту 7 входного вала и смещение посредством резьбового соединения 3 следящего золотника 2 гидроусилителя на соответствующую величину. Масло под давлением через щели следящего золотника и распределительного диска 4 воздействует на поршни 5 ротора гидроусилителя, который поворачивает выходной вал 6 пропорционально величине открытия щелей.

схема привода

За счет энергии масла, подводимого к гидроусилителю, электрические сигналы малой мощности, поступающие на вход шагового электродвигателя, многократно усиливаются н преобразуются в синхронные (по отношению к валу шагового двигателя), вращение выходного вала гидроусилителя происходит с крутящим моментом, необходимым для перемещения рабочих (исполнительных) органов. При этом величина угла поворота выходного вала гидроусилителя определяется числом поданных импульсов, а скорость — частотой их следования. На данном станке каждый импульс обеспечивает линейные перемещения суппорта на 0,01 мм, а число импульсов составляет до 1000 в минуту, благодаря которым создаются различные скорости подач.

Техническое обслуживание и ремонт

Большая часть отказов присуща станку 16К20ФЗС4. Поэтому ниже приведены только некоторые технологические процессы регулировок, осуществляемых при техническом обслуживании, относящиеся только к этому станку с ЧПУ.

Регулировка натяжения ремней (см. рис. 127) привода главного движения осуществляется следующим образом:

  1. Натяжение ремней, идущих от шкива автомапической коробки скоростей (АКС) 3 к шкиву передней бабки 16, регулируют смещением АКС по горизонтальной поверхности кронштейна 7. Для этого предварительно ослабляют гайки 6, регулируют натяжение винтом 4 и затем закрепляют гайки.
  2. Натяжение ремней 9, передающих вращателыюе движение от электродвигателя к АКС, осуществляют смещением подмоторной плиты по вертикали гайкой 5, предварительно ослабив и затем закрепив болты 10 и 14. Натяжение peмнeй 9 в зависимости от натяжения ремней можно регулировать вертикальным перемещением кронштейна 7 вместе с АКС. Для этого ослабляют гайки 8, регулируют наряжения ремней винтом 2 и закрепляют ослабленные гайки.
  3. Натяжение ремня 13 (от электродвигателя к смазочной станции) производят смещением плиты 15 при помощи рычага (на рисунке не показан). Для этого ослабляют болты 12 и 14, смещают станцию и закрепляют.

Техническое обслуживание передач винт — гайка качения ВГК

Долговременная эксплуатация передач ВГК, обеспечивается высококачественрюй смазкой. Обязательным требованием к смазке является чистота (отсутствие посторонних частиц) и высокие антикоррозионные свойства.

Для смазки передач ВГК пользуются консистентной смазкой ЦИАТИМ-201. Передача должна быть защищена от попадания абразивной пыли, стружки и эмульсии.

Регулировкой натяга создают оптимальную жесткость и соответствующий ей расчетный крутящий момент холостого хода. При недостаточном натяге появляются недопустимые люфты, нарушается плавность перемещения сборочных единиц станка и снижается точность обработки изделий.
Станки с ЧПУ, имеющие замкнутую систему управления, т. е. датчики обратной связи, при появлении зазора могут останавливаться или движение их сборочных единиц будет прерывистым.

Чрезмерный натяг приводит к защемлению тел качения, в результате чего появляются излишние напряжения в передаче, увеличиваются необходимые усилия на перемещение механизмов, повышается нагрев, не обеспечивается заданная скорость подачи, станки «захлебываются» — возможна остановка.

При проведении технического обслуживания и планового ремонта станка необходимо каждый раз безошибочно анализировать работу шариковинтового механизма. Для этого выявляют и измеряют «мертвый ход» привода всех механизмов (привода стола, каретки, суппорта, шпиндельной бабки и др.).

Суммарный «мертвый ход» является следствием накопления зазоров в механизмах привода (зубчатые и винтовые передачи, шпоночные и шлицевые соединения).

Суммарный «мертвый ход» отсчитывают по индикатору, установленному так, чтобы ось индикатора, проходящая вдоль измерительной иглы, совпадала с направлением предполагаемого перемещения конечного звена привода (стола, каретки, суппорта и др.). После установки индикатора подают определенное число импульсов (10—15) от пульта управления станка, затем переключают направление подачи на противоположное и после подачи аналогичного числа импульсов определяют величину, на которую стрелка индикатора не вернулась на нулевую отметку.

Суммарный «мертвый ход» регламентирован и должен соответствовать величине, указанной в руководстве по эксплуатации или в акте технической приемки — станка. Замер «мертвого хода» необходим для выявления целесообразности проведения регулировки передачи ВГК. Для регулировки передач осуществляют частичную разборку станка с целью доступа к нужному механизму.

винт-гайка качения попересной подачи

Выборка зазора и регулировка натяга в паре ВГК поперечного перемещения суппорта (рис. 129) производится поворотом полу-гайки 4 относительно полугайки 2 с помощью шестерни 5 (на внутреннем венце 73 зуба, на наружном — 72).

Поворот шестерни 5 на один зуб относительно полугайки 4 приводит к осевому смещению на 1 мкм. Гайка защищена уплотнениями 6, поддерживаемыми крышкой и шестерней 5.

Регулировку натяга осуществлять в таком порядке:

  1. отвернуть винты и снять крышку 7;
  2. вывести шестерню 5 из зацепления с полугайкой 4 и корпусом 3;
  3. повернуть шестерню 5 относительно корпуса 3 и полугайки 4 на необходимое число зубьев и ввести в зацепление только с полугайкой 4;
  4. довернуть шестерню 5, а с ней и полугайку 4 до того момента, пока наружный венец шестерни 5 не будет иметь возможность войти в зацепление с венцом корпуса 3;
  5. после окончательной регулировки натяга надеть крышку 7 и притянуть винтами;
  6. проверить динамометром момент холостого хода, который должен быть 8 кгс/см.