Одношпиндельные токарно-револьверные автоматы

Классификация станков - автоматов и полуавтоматов

Токарные автоматы и полуавтоматы

Автоматом называют станок, который многократно производит рабочие и вспомогательные (холостые) движения узлов по циклу обработки детали.

Рис. 3.51. Детали, обрабатываемые на автоматах и полуавтоматах

Полуавтоматом называют станок, работающий по автоматическому циклу, но часть вспомогательных операций выполняют вручную. Токарные автоматы и полуавтоматы используют для обработки деталей сложной формы из прутка и штучных заготовок (рис. 3.51). Обработку деталей на этих станках производят несколькими инструментами, которые устанавливают на суппортах и в специальных приспособлениях. Высокой производительности токарных автоматов и полуавтоматов достигают благодаря автоматизации рабочих и холостых ходов или их совмещении.

Однако переналадка автоматов и полуавтоматов при переходе на обработку новой детали связана с затратой времени, поэтому их применяют в массовом, крупносерийном и при подборке однотипных деталей в серийном производствах.

Токарные автоматы и полуавтоматы подразделяют по назначению, числу и расположению шпинделей, виду заготовки, виду работы, принципу действия и способу управления рабочим циклом. По назначению их делят на универсальные, предназначенные для обработки разных деталей, и специальные - для обработки только определенной детали. По числу шпинделей автоматы и полуавтоматы подразделяют на одношпиндельные и многошпиндельные.

По расположению шпинделей автоматы и полуавтоматы подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Иногда встречаются станки с наклонным расположением шпинделей. По виду заготовки станки делят на прутковые, бунтовые и патронные. Для прутковых автоматов заготовками являются прутки, для бунтовых - проволока, свернутая в бунт, для патронных - штучные заготовки. Вид заготовки определяет вращение шпинделя или инструмента. Наибольшее распространение имеют токарные автоматы и полуавтоматы с вращающимся шпинделем. При обработке штучных заготовок автоматы оснащаются магазинами или загрузочными устройствами с автооператорами. Несимметричные и громоздкие детали, а также детали из проволоки, свернутой в бунт, обрабатывают вращающимся инструментом.

По виду работы автоматы и полуавтоматы подразделяют на фасонно-отрезные (движение подачи фасонного или отрезного резца происходит в поперечном направлении к оси изделия), продольно-фасонные (движение подачи в продольном и поперечном направлениях), револьверные (движение подачи револьверной головки в продольном направлении), многорезцовые и копировальные (рис. 3.52). По принципу действия многошпиндельные станки различают параллельного, последовательного, параллельно-последовательного и непрерывного действия. При параллельной обработке одинаковые переходы выполняют одновременно на всех позициях до получения одновременно всех деталей в готовом виде. При последовательной обработке каждую деталь на шпинделе, переходя из одной позиции в другую, подвергают различным операциям различными инструментами. При параллельно-последовательной обработке в одном автомате организуют два и более потока деталей. Непрерывное действие характеризуется загрузкой, обработкой и съемом детали при непрерывном вращении шпинделя.

По способу управления рабочим циклом автоматы и полуавтоматы подразделяют на три группы. К первой группе относят автоматы, у которых имеется один распределительный вал, равномерно вращающийся в течение цикла обработки. Рабочие и холостые хода выполняются при неизменной скорости вращения распределительного вала. Ко второй группе относят автоматы

с одним распределительным валом, имеющим при обработке две скорости вращения: медленную на рабочих ходах и ускоренную на холостых ходах. Такой способ управления применяют в многошпиндельных автоматах и полуавтоматах. К третьей группе относят автоматы, имеющие распределительный и вспомогательный валы. Распределительный вал вращается медленно и управляет рабочими и холостыми ходами суппортов, вспомогательный вал вращается быстро и управляет холостыми ходами остальных механизмов.

Рис.3.52. Классификация автоматов и полуавтоматов

Время рабочего цикла t_ц слагается из времени рабочих, т. е. затрачиваемых на обработку детали t_р и холостых t_х ходов. Таким образом,

t_ц = t_р + t_х.

Цикловая производительность автомата

Q = 1/t_ц = 1/(t_р + t_x) = Q₀ t_x +1),

где Q_o = 1/t_р - идеальная производительность автомата непрерывного действия, у которого холостые хода совмещены с рабочими.

Зависимости цикловой производительности от идеальной для трех групп автоматов позволяют выявить рациональные области применения каждой группы (рис. 3.53). Производительность автоматов первой группы возрастает прямо пропорционально, а производительность автоматов второй и третьей групп - с убывающей интенсивностью по мере увеличения идеальной производительности Q_o.

При 1/t_р>Q₀₃ рекомендуется использовать автоматы первой группы, при Q₀₁<1/t_р<Q₀₃ - автоматы третьей группы, а при 1/t_р<Q₀₁ – автоматы второй группы. Для ориентировочных расчетов можно принять Q₀₁ = 1 шт/мин; Q₀₃ = 10 шт/мин, т. е. для мелких и легких работ следует применять автоматы первой группы, для мелких и средних работ, требующих сложной последовательности обработки, автоматы третьей группы,для средних и тяжелых работ – автоматы и полуавтоматы второй группы.

Действительная штучная производительность меньше цикловой из-за дополнительного вспомогательного времени на обслуживание автомата и инструмента:

Q_шт = Qk_x,

где k_x < 1 - коэффициент, учитывающий долю вспомогательного времени от времени цикла обработки.

Представителем гаммы современных токарно-револьверных автоматов является высокопроизводительный одношпиндельный прутковый автомат модели 1Е140 (рис. 3.54), который применяют для обработки деталей сложной формы из круглого, квадратного или шестигранного калиброванного прутка. Автомат имеет револьверную головку с шестью гнездами для державок инструментов, четыре поперечных суппорта и командоаппарат для автоматического изменения частот вращения шпинделя.

Техническая характеристика. Наибольший диаметр обрабатываемого прутка 40 мм; наибольший диаметр нарезаемой наружной резьбы по стали М24, по латуни - М32; наибольшая длина подачи прутка 105 мм; наибольший ход суппорта 100 мм; наименьшее и наибольшее расстояние от торца шпинделя до револьверной головки 75-210 мм; пределы частот вращения

Рис.3.54. Кинематическая схема токарно-револьверного автомата

шпинделя: при левом вращении 80—2500 мин^-1, при правом вращении 40-315 мин^-1; число ступеней частот вращения шпинделя 12, из них три автоматически переключаемых; время переключения частоты вращения шпинделя 0,25 сек и направления вращения шпинделя 0,5 сек; время поворота револьверной головки 0,5 сек; время обработки одной детали 11,6 - 363 сек.

Пруток пропускают через направляющую трубу и закрепляют в шпинделе станка цанговым зажимом. Инструменты устанавливают в револьверной головке и на поперечных суппортах. Инструментами револьверной головки протачивают наружные поверхности, обрабатывают отверстия и нарезают резьбу, инструментами поперечных суппортов обрабатывают фасонные и конусные поверхности, подрезают торцы, снимают фаски и отрезают готовые детали.

Кинематическая структура автомата содержит группу скорости резания Ф_v1(В₁), группу сверлильного приспособления Ф_v2(В₂), группу подач Ф_s(П_i), выполняющую также функцию системы временного управления.

Группа скорости резания Ф_v1. Ее внутренняя связь имеет вид:

опоры шпиндельной бабки → шпиндельV обрабатываемого прутка(В₁).

Внешняя связь – кинематическая цепь

М₁ → i_v → 212/170 → шпиндель V (В₁).

Группа настраивается на скорость - автоматической коробкой скоростей i_v, включающей гитару сменных колес, на направление – реверсом, совмещенным с коробкой скоростей. Коробка скоростей i_v обеспечивает автоматическое переключение трех скоростей через шестерни 58/37, 42/53, 27/68с вала 1 на вал 11 через электромагнитные муфты МЭ1 и МЭ2 при работе обгонной муфты М₀ и реверс выходного вала IV через шестерни 47/47 и 24/40 ∙ 40/60 посредством электромагнитных муфт МЭЗ, МЭ4, МЭ5, МЭ6. Гитара сменных зубчатых колес а₁/б₁служит для расширения диапазона регулирования частот вращения шпинделя.

Группа сверлильного приспособления Ф_v2 размещается в одном из гнезд револьверной головки РГ. Внутренняя связь группы:

корпус РГ → сверлильный шпиндель (В₂).

Внешняя связь – короткая кинематическая цепь

М₃ → 24/18 → 17/17 → сверлильный шпиндель (В₂).

Сверлильный шпиндель имеет постоянную круговую частоту вращения около 1900 мин^-1. Направление его вращения противоположно к вращению шпинделя автомата и обеспечивает высокие скорости резания при сверлении отверстий малого диаметра.

Группа подач Ф_s(П_i) наряду с движениями рабочих подач поперечных и продольного суппортоввыполняет также функцию системы временного управления циклом обработки, включающем управление рабочими и вспомогательными движениями и их последовательностью. Внутренняя связь группы - элементарные поступательные пары

направляющие станины станка → поперечные и продольный суппорты (П_i).

Внешняя связь:

М2→2/24→М₁→вспомогательный вал (ВВ) V11→22/64→64/53→(i_ц=а/б(c/d, e/f)) →1/40→распределительный вал (РВ) XV→К5 (ТВ)→продольный суппорт (П_прод) и 25/25→распределительный вал (РВ) XV1→К1 – К4 (ТВ)→поперечные суппорты (П_{поп 1-4}).

Группа настраивается на путь, скорость и исходное положение суппортов – жесткими программоносителями, функцию которых выполняют кулачки К1 – К5, установленные на поперечном XV и продольном XV1 распределительных валах. Гитара сменных зубчатых колес i_ц используется для задания времени цикла обработки. Во внешней связи предусмотрена также цепь ускоренного вращения РВ от ВВ через зубчатые передачи при включении цепи ускоренного хода муфтой М₅.

РП для гитары сменных зубчатых колес i_ц:

,

где t_р – время рабочих ходов, с; α⁰_р – угол поворота РВ за время рабочих ходов, по паспорту автомата α⁰_р = 200⁰.

УКЦ:

.

ФН:

.

Рабочие и холостые хода в группе Ф_s при включенной муфте М₁ осуществляет электродвигатель М2, передающий движение ВВ V11 и далее по внешней связи РВ XV и XV1. Включение и выключение муфты М₁ производят вручную.

Круговая частота вращения ВВ составляет 1440 (2/24) = 120 мин^-1. Круговая частота ускоренного вращения РВ составляет 120 (55/31)(57/62)(62/58)(1/40)=5 мин^-1.

На ВВ установлены однооборотная муфта М₂ и самовыключающиеся после двух оборотов зубчатые муфты M₃ и М₄. Муфта М₂ включает периодически командоаппарат КА, получающий вращение от ВВ через червячную передачу 1/18. При включении муфты М₃ вращение через зубчатые колеса (36/72)∙(72/72) передается валу X111, на котором установлены цилиндрические кулачки Б1 и Б2, управляющие механизмами подачи и зажима прутка, смонтированными на шпинделе V. С учетом передаточного отношения от ВВ VII за два оборота муфты М₃ вал 1X сделает один оборот. Частота вращения вала IX - постоянна и равна 120 (36/72) (72/72) = 60 мин¹, а время подачи и зажима прутка за один оборот вала IX равно 1 с. Через зубчатые колеса 36/72 движение передается на кулачок Д, управляющий через зубчатый сектор z = 125 и колесо z = 20 качающимся упором для прутка. При включении муфты M₄ вращение передается на мальтийский механизм поворота револьверной головки через зубчатые колеса 42/84 на широкое колесо z = 42. С этого колеса через коническую передачу 25/50 движение передается поводку мальтийского креста, установленного на одной оси с револьверной головкой (РГ). Торцовой кулачок на конической шестерне 50 выводит фиксатор из РГ. За два оборота муфты М₄ поводок совершает один оборот. Мальтийский крест имеет шесть пазов и за один оборот поводка поворачивается на 60⁰.

На поперечном РВ XV установлен дисковый кулачок К5 подачи продольного (револьверного) суппорта, кулачок К6 привода приемника ПР деталей и кулачок К7 переключения кулачковой муфты М5, На продольном РВ XVI установлены кулачковые барабаны БЗ, Б4, Б5 включения зубчатых муфт М₂, М_3, М₄ и дисковые кулачки К1, К₂, К₃, К4 подачи поперечных суппортов, цилиндрический кулак К_у подачи вспомогательного продольного суппорта.

Настройка токарно-револьверных одношпиндельных автоматов включает разработку технологии изготовления детали на автомате, составление расчетно-технологической карты наладки, выбор инструментов и нормальной специальной оснастки. Процесс изготовления детали включает перечисление переходов, режимов резания и длин перемещений инструментов, режущего, вспомогательного и измерительного инструмента. Эти данные сводят в объединенную операционно-наладочную карту автомата (рис. 3.55). Обязательно указывают вспомогательные переходы: 1 - подача прутка до упора, 2, 4, 7 и 11 - переключение револьверной головки, 13 - переключение направления и частоты вращения шпинделя. Переключение частоты вращения шпинделя совмещено с переключением револьверной головки и в карте наладки не учитывается. Время вспомогательных переходов для автомата постоянно. Подача материала и поворот головки осуществляется за 1 с, переключение направления вращения шпинделя - за 0,5 с, переключение скорости вращения шпинделя - за 0,25 с.

Наладку инструментов по принятому процессу и порядок чередования переходов производят с учетом наладочных и базовых размеров РГ и шпинделя. По паспорту автомата наименьшее и наибольшее расстояние от торца шпинделя до РГ (без оправки инструмента) равно 64 и 180 мм. При наладке перехода 3 принято, что резцовая оправка занимает 58 мм, а минимальное расстояние между шпинделем и головкой 85 мм, следовательно, в исходном положении резца для обточки длины 25 мм расстояние от торца шпинделя до РГ равно 85 + 25 = 110 мм, т. е. укладывается в размеры настройки.

Длина рабочих ходов инструментов

L = L_р + L_п + L_пер,

где L_p - длина рабочего хода по чертежу, мм; L_п - длина подвода инструментов, мм; L_пер - длина перебега инструмента, мм.

Так, в переходе 3 для рабочего хода инструмента принято L = L_p + L_n = 25 + 2 = 27 мм. Для наладки станка рекомендуются следующие средние значения установочных размеров L_п и L_пер: резец проходной - 1,5 мм; резец фасонный - 0,5 мм; резец отрезной - 0,5 мм; сверло, зенкер, развертка 1 - 2 мм; метчик, плашка - 2 мм.

Размер диаметра обработки (обточки, расточки) устанавливают регулировкой инструмента на размер по чертежу.

Рис.3.55. Операционно-наладочная карта обработки штуцера на автомате 1Е140

Расчет и назначение подач и скоростей резания производят по условиям обработки согласно нормативам резания. Так, для перехода 3 принято s = 0,08 мм/об, v = 80 м/мин, а для перехода 12 - s = 2,5 мм/об (равна шагу нарезаемой резьбы), v - 5,5 м/мин.

Переходы выполняют с различной скоростью резания, и время одного оборота шпинделя для различных переходов неодинаково, поэтому нельзя его складывать без приведения к общему расчетному числу оборотов.

Коэффициент приведения k = n₀/n, где п₀ — наибольшая частота вращения шпинделя; п — частота вращения на данном переходе. Поэтому,

k₁ = 800/800 = 1, k₂ = 800/400 = 2, k₃ = 800/200 = 4, k₄ = 800/80 = 10.

Так, для 5, 14, 17, 20 переходов расчетные обороты шпинделя n_рi = n_ik₂, n_р5 = п₅k₂ = 80∙2 = 160, n_р17 = 68∙2= 136, п_р20 = 600∙2= 1200, п_р14 = 120∙2 = 240.

Рассчитанные аналогичным способом с учетом коэффициентов приведения числа оборотов других переходов вносят в таблицу. В карте настройки в скобках указаны числа оборотов для совмещенных операций, не учитываемых в расчете времени цикла работы станка. Расчетное число оборотов шпинделя, необходимых для совершения всех рабочих переходов, составит сумма чисел расчетных оборотов (без скобок), ∑п_р = 2586 оборотам.

По условиям наладки цикл работы должен совершиться за один полный оборот кулачков, выполняющих холостые и рабочие ходы переходов. В графе Сотые доли имеются две колонки - сотые доли для рабочих и холостых ходов. Сотые доли холостых ходов выбирают по данным паспорта автомата. Так, для 1-го перехода - 2 сотых диска кулачка, для 4,7, 11 переходов – 2-5 сотых, для 9, 21 переходов - соответственно 0,5 и 3 сотых.

Общая сумма сотых долей холостых ходов соответствует 24 лучам из общего числа 100 лучей полного оборота РВ. Поэтому число расчетных оборотов для выполнения холостых ходов

∑п_x = ∑n_р ∙24/76 = 2586∙24/76 = 816.

Продолжительность цикла работы складывается из суммы времен переходов, которые можно подсчитать по числу оборотов шпинделя для выполнения каждого перехода. Для этой цели в графе Обороты шпинделя предусмотрены две колонки: обороты шпинделя на данный переход и обороты шпинделя для расчета. Обороты шпинделя на данный переход (ход) п_ход = L/s, где L - длина перемещения инструмента, мм; s —подача, мм/об.

Так, для перехода 3 число оборотов на переход п_ход = 27/0,08 = 338 оборотам. Учитывая время выстоя резца в конце перехода для зачистки, принято п_ход = 350 оборотов. Рассчитанные числа оборотов переходов занесены в графу Обороты на данный переход.

Числа оборотов шпинделя для расчета вычисляют с учетом режимов работы на каждом переходе. Так, на станке установлено четыре режима чисел оборотов шпинделя: 5, 14, 17, 20 переходы – 400; 3, 8, 10 переходы – 800; 12, 13 переходы - 200 мин¹. Эти обороты подсчитаны по соответствующим режимам и согласованы с числами оборотов шпинделя. Из перечисленных чисел оборотов шпинделя наиболее быстроходным является 800 мин¹. Оно взято за основное расчетное число.

Пересчет чисел оборотов каждого перехода в число оборотов для расчета производят с помощью коэффициентов приведения k. Общее число расчетных оборотов шпинделя для полного цикла работы

∑п = п_р + п_х = 2586 + 816 = 3402.

Продолжительность цикла работы

t_ц = (п_р + п_х)/п₀ = 3402/800 = 4,25 мин = 255с.

По паспортным данным подбирают необходимые сменные колеса для настройки гитары i_ц по расчетному циклу работы. Циклу t_ц = 258 с соответствуют сменные колеса а = 20, б = 80, с = 60, d = 71.

Число сотых долей для рабочих ходов а_i = п_рi/ п_л,

где п_л - число расчетных оборотов на одну сотую

п_л = ∑п/ 100 = 3402/100 = 34,02 об/луч.

Для 3-го перехода число сотых

а₃ = п_р3/п_л = 350/34,02 = 10.

Рассчитанное число лучей для переходов вносим в карту. Общее число лучей рабочих и холостых ходов должно равняться сумме ∑а_i = 100. Радиусы кулачков диска определяют из конструктивных условий, исходя из размеров роликов, рычагов, соотношения плеч рычагов и размеров дисков кулачков.

Профиликулачков вычерчивают на бланках, разделенных на 100частей прямыми или кривыми лучами (рис. 3.56, а, б). Радиусы криволинейных лучей равны длине рычага качания. На бланки наносят соответственно с картой настройки участки сектора кривых рабочих и холостых ходов. На каждом участке определяют максимальные и минимальные радиусы зоны расположения кривой и на этом участке строят для рабочих движений архимедову спираль, а для холостых ходов кривые вычерчивают по шаблону.

Кривые барабанов можно рассчитать по рис. 3.56, д. Задано: а - число лучей поворота барабана; L - перемещение исполнительного механизма при соотношении рычагов 1:1; D - диаметр барабана. Величины α, β и l определяются следующим образом: угол сектора кривой барабана α= 3,6° а, где 3,6° - цена одного луча. Длина дуги по барабану l = πDa/360⁰. Необходимый угол подъема кривой барабана β = arctg h/l.

Наладка автомата заключается в снятии с РВ кулачков револьверной головки и поперечных суппортов, смене державок инструмента. Затем производят смену зубчатых колес в коробке скоростей и в приводе РВ. Устанавливают новые кулачки револьверной головки и поперечных суппортов размещают резцы, начиная с отрезного резца, регулируют длину подачи прутка и хода инструментов.

Производительность автомата при рассмотренной настройке

Q =3600/258 ≈ 13 деталей/час.

Дата добавления: 2015-04-24