Револьверные токарные станки
Горизонтальные револьверные токарные станки имеют две особенности, отличающие их от обычных универсальных токарных станков. Первый - это многогранная главная револьверная головка, которая занимает место задней бабки на токарном станке двигателя. Различные токарные, сверлильные, расточные, резьбонарезные инструменты могут быть закреплены на главной револьверной головке, которая может периодически вращаться вокруг своей вертикальной оси. Для продольного перемещения револьверной головки относительно заготовки, установленной на шпинделе станка, можно использовать либо маховик, либо автоматизированную продольную подачу.
Второй отличительной особенностью револьверного станка является револьверная головка, установленная на поперечном суппорте. Эта револьверная головка также может вращаться вокруг своей вертикальной оси и позволяет использовать различные токарные инструменты. К задней части поперечного суппорта можно прикрепить инструментальную стойку или инструментальный блок для установки дополнительных инструментов. Поперечное движение может быть приведено в действие или вручную или автоматически.
Револьверные токарные станки могут быть классифицированы как прутковые машины или отбойные машины. Прутковые машины раньше назывались винтовыми машинами, и они могут быть либо ручными, либо автоматическими. Прутковый станок предназначен для обработки мелких резьбовых деталей, втулок и других мелких деталей, которые могут быть созданы из пруткового материала, подаваемого через шпиндель станка. Автоматические прутковые станки производят части непрерывно путем автоматической замены запаса прутка в шпиндель машины. Отбойный станок предназначен главным образом для обработки более крупных деталей, таких как отливки, поковки или заготовки из штока, которые обычно должны быть установлены в патроне вручную.
Многопозиционные машины
Было разработано несколько типов многопозиционных вертикальных токарных станков. Эти машины, по сути, являются зажимными-револьверными станками для обработки резьбовых цилиндрических деталей. Станок имеет 12 шпинделей, каждый из которых оснащен патроном. Непосредственно над каждым шпинделем, кроме одного, установлена оснастка на штосселе. Детали монтируются в каждом патроне и индексируются для выполнения до 11 операций механической обработки. Готовая деталь снимается на 12-й станции.
Сверлильные станки
Агрегатно-сверлильный станок состоит из нескольких отдельных колонн, сверлильных головок и шпинделей, установленных на одном основании и использующих общий стол. Можно использовать разное количество шпинделей, но обычно их бывает четыре или шесть. Эти станки предназначены для обработки деталей, требующих нескольких операций обработки отверстий, таких как сверление, зенковка, развертка или нарезание резьбы. Заготовка перемещается от одного сверлильного шпинделя к другому, где последовательные операции обработки выполняются одним или несколькими операторами.
Фрезерные станки
Фрезерные станки, применяются для фрезерования в производстве деталей. Подвижный стол устанавливается непосредственно на массивную станину станка и не может быть поднят или перемещен поперечно; движение стола осуществляется только в продольном направлении. Шпиндельная головка может регулироваться вертикально для установления глубины резания. Некоторые станки оснащены автоматическим управлением, которое требует только оператора для загрузки деталей в приспособления на каждом конце стола и запуска станка. Одна часть может быть выгружена и заменена во время обработки другой.
Станки специального назначения
Специальные станки предназначены для выполнения специальных операций механической обработки, как правило, в производственных целях. Примеры включают зуборезные и зубошлифовальные станки, протяжные станки, притирочные и хонинговальные станки, а также расточные станки.
Зуборезные станки
Для обработки зубчатых колес используются три основных метода резания:
(1) резка по форме,
(2) резка по шаблону
(3) зубонарезания.
В способе форморезания используется режущий инструмент, который имеет такую же форму, как и пространство между двумя соседними зубьями на зубчатой передаче. Этот метод используется для нарезания зубьев зубчатых колес на фрезерном станке. Метод шаблонной резки использует шаблон для направления одноточечного резца на больших конических зуборезных станках.
Большинство нарезанных зубчатых колес, производимых большими партиями, изготавливаются на машинах, использующих метод зубонарезания. Этот метод основан на принципе того, что два колеса входящие в зацепление с эталонной рейкой будут также входить в зацепление друг с другом. Поэтому режущий инструмент с формой зубчатого колеса или рейки может быть использован для нарезания зубьев зубчатого колеса. Этот принцип применяется при проектировании ряда широко применяемых зуборезных станков генераторного типа. Зубонарезающие машины, которые режут с возвратно-поступательным движением, называются зубодолбежными машинами.
Зубофрезерные станки используют вращающийся многозубый режущий инструмент, называемый червячной фрезой, для образования зубьев на цилиндрических зубчатых колесах, червячных передачах, винтовых зубчатых колесах, шлицах и звездочках. Фрезерованием режется больше зубчатых колес, чем другими методами, потому что фрезерование режет непрерывно и производит точные зубчатые колеса с высокой производительностью. В зуборезных станках зубчатые колеса могут быть изготовлены путем резки, шлифования или сочетания операций резки и шлифования.
Протяжные станки
В целом протяжка классифицируется как строгальное или формообразующее оборудование, поскольку действие протяжного инструмента напоминает действие строгальных и формообразующих инструментов. В наличии имеются протяжные инструменты различной конструкции. Зубья на протяжных инструментах расположены на равном расстоянии друг от друга, причем каждый последующий зуб предназначен для подачи глубже в заготовку, таким образом, завершая операцию протяжки за один ход.
Примеры применения внутренней протяжки включают вырезание шпоночных пазов в ступицах зубчатых колес или шкивов, вырезание квадратных или шестиугольных отверстий и нарезание зубьев зубчатых колес. Наружные канавки могут быть вырезаны в валу с помощью внешнего протяжного инструмента. Некоторые протяжные станки вытягивают или проталкивают протяжные инструменты через или поверх заготовки.
Притирочные и хонинговальные станки
Операции притирки и хонингования относятся в основном к обработке методом шлифования. Притирка — это снятие тончайших слоев металла посредством мелкозернистых абразивных порошков в среде смазки или алмазных паст, нанесенных на поверхность инструмента (притира).
В качестве инструмента используются притиры, изготовленные из серого чугуна перлитной структуры или другого мягкого металла. Притирка используется для получения высококачественной отделки поверхности или для отделки заготовки в близких пределах размеров. Допуски размеров на две миллионные дюйма (0,00005 мм) могут быть достигнуты при ручной или машинной притирке прецизионных деталей, таких как калибры или калибровочные блоки.
Хонингование-это низкоскоростной процесс обработки поверхности, используемый для удаления царапин, механических следов или небольших припусков металла, обычно менее 0,0005 дюйма (0,0125 мм), с шлифованных или обработанных поверхностей. Хонингование производится с помощью скрепленных абразивных палочек или камней, которые монтируются в хонинговальную головку. В типичной хонинговальной операции, такой как хонингование стенок цилиндров автомобильных двигателей, используется хонинговальная машина с одним или несколькими шпинделями. Хонинговальная головка медленно вращается с колебательным движением, удерживая абразивные палочки на рабочей поверхности под контролируемым легким давлением.
Расточка может быть выполнена на любом типе станка, который оснащен для удержания расточного инструмента и заготовки, а также оснащен для вращения либо инструмента, либо заготовки в правильном соотношении. Специальные расточные станки различных конструкций используются для расточки заготовок, которые слишком велики для установки на токарном станке, сверлильном станке или фрезерном станке. Расточные и токарные операции также выполняются на больших вертикальных револьверных станках или на больших расточных станках. Стандартные расточные станки способны сверлить или растачивать заготовки диаметром до 12 футов (3,6 метра).
Автоматическое управление
Чтобы являться действительно автоматическим, станок должен быть способен производить детали без помощи оператора при загрузке заготовок, запуске машины и выгрузке деталей. В этом смысле некоторые прутковые токарные станки являются автоматическими. Однако на практике некоторые станки, обозначенные как автоматические, на самом деле являются полуавтоматическими, поскольку они требуют, чтобы оператор загрузил заготовку в станок, нажал кнопку запуска и выгрузил деталь после завершения операции.
Оснастка для автоматических станков является более сложной, чем для ручных станков, и обычно требует квалифицированного рабочего для выполнения настройки. Однако после установки менее квалифицированный оператор может одновременно управлять одной или несколькими машинами. Токарные станки Tracer и станки с числовым программным управлением являются примерами машин, использующих различные степени автоматического и полуавтоматического управления.
Численное управление (ЧПУ)
Многие типы станков и других промышленных процессов оснащены численным управлением, обычно называемого ЧПУ. Самые ранние формы ЧПУ были разработаны в 1950-х годах, когда движениям осей станков были присвоены числовые значения, облегчающие замену маховиков и циферблатов логикой управления. ЧПУ требует точных значений конструктивных параметров изделия; ранние системы были ограничены отсутствием подробного анализа геометрических чертежей компонентов, которые должны быть изготовлены. Позднее в этом десятилетии эта проблема была преодолена, когда были разработаны компьютеры, которые могли описывать геометрические движения инструмента как функции языка программирования деталей. Одним из наиболее известных из этих ранних языков инструментальных инструкций был APT (Automatically Programmed Tools).
Значительное развитие в начале 1960-х годов получила система, известная как Sketchpad, которая позволяла инженерам рисовать рисунки на электронно-лучевой трубке с помощью световой ручки и клавиатуры. Когда эта система была подключена к компьютеру, она позволяла проектировщикам изучать чертежи в интерактивном режиме, и облегчала модификацию их конструкций.
Система или устройство ЧПУ-это устройство, которое управляет действиями машины или процесса путем прямого ввода числовых данных в какой-то момент; система также должна автоматически интерпретировать, по крайней мере, некоторую часть данных. Различные виды систем числового управления используют данные, закодированные в виде цифр, букв, символов, слов или комбинаций этих форм.
Инструкции, необходимые для обработки детали с помощью ЧПУ, выводятся из чертежа детали и записываются в кодированном виде на программной рукописи. В рукопись могут быть включены следующие виды данных:
(1) последовательность операций,
(2) Вид операции,
(3) глубина резания,
(4) координатные размеры для центра режущего инструмента,
(5) скорость подачи,
(6) скорость вращения шпинделя,
(7) номер инструмента
(8) другие различные операции.
Закодированная информация заносится в ленту шириной в один дюйм. Лента, обычно изготовленная из бумаги или пластика, вставляется в систему ЧПУ, которая подключается к станку. Система ЧПУ интерпретирует информацию на ленте, таким образом, активируя реле и электрические цепи, которые заставляют сервомеханизмы машины и другие органы управления выполнять последовательность операций автоматически. В некоторых системах ЧПУ закодированная информация вводится в оборудование на перфокартах или магнитной ленте вместо перфоленты. Лента может быть сохранена для дальнейшего использования на той же машине или на других подобных ей в любом месте. Машины с ЧПУ могут производить детали с точностью до допусков 0,001 или 0,0001 дюйма (0,025 или 0,0025 мм) в зависимости от конструкции машины, системы ЧПУ и других факторов, таких как температура окружающей среды.
Системы ЧПУ на станках можно разделить на два основных типа: точечные и непрерывные. Системы "Точка-точка", обычно используемые на станках, выполняющих обработку отверстий и прямолинейное фрезерование, относительно просты в программировании и не требуют помощи компьютера.
Системы ЧПУ с непрерывным контуром обычно используются на станках, выполняющих операции оконтуривания, таких как фрезерные станки, токарные станки, станки для резки огнеупорных изделий и чертежные машины. Подготовка программ для машин с непрерывным трактом более сложна и обычно требует помощи компьютера.
Автоматизированная Обработка Деталей
Числовое программное управление (ЧПУ)
Изменение рабочих процедур ранних систем ЧПУ требовало изменения аппаратного обеспечения самого станка. В 1970 - х годах были разработаны системы ЧПУ, управляемые специализированными мини или микрокомпьютерами, позволяющие легко адаптировать станки к различным рабочим местам путем изменения управляющей программы или программного обеспечения.
Следовательно, станки с ЧПУ легче в эксплуатации и более универсальны, чем их аналоги, а их программирование проще и может быть быстро перенастроено. Поскольку они имеют меньше аппаратного обеспечения управления, они дешевле в обслуживании и, как правило, более точны.
Системы ЧПУ могут использоваться с широким спектром станков, таких как фрезерные станки и токарные станки. Многие из них оснащены графическими дисплеями, которые отображают форму обрабатываемых деталей. Некоторые из них имитируют движения инструмента, в то время как другие создают трехмерные представления компонентов.
Адаптивное управление
Усовершенствования в станках с ЧПУ зависят от совершенствования адаптивного управления, которое заключается в автоматическом контроле и регулировании условий обработки в ответ на изменения эксплуатационных характеристик. При ручном управлении станком оператор следит за изменениями производительности обработки (вызванными, например, тупым инструментом или более твердой заготовкой) и производит необходимые механические регулировки. Важным элементом обработки с ЧПУ является адаптивное управление, которое необходимо для защиты инструмента, заготовки и станка от повреждений, вызванных неисправностями или неожиданными изменениями в поведении станка. Адаптивное управление также является важным фактором в разработке беспилотных методов обработки.
Одним из примеров адаптивного управления является контроль крутящего момента на шпинделе станка и сервомоторах. Блок управления станка запрограммирован с данными, определяющими минимальное и максимальное значения крутящего момента, допустимого для операции обработки. Если, например, тупой инструмент вызывает максимальный крутящий момент, то на блок управления подается сигнал, который корректирует ситуацию путем уменьшения скорости подачи или изменения частоты вращения шпинделя.
Обрабатывающий центр
Дальнейшим достижением в области автоматизации станков является "обрабатывающий центр", обычно вертикальный фрезерный станок, оснащенный автоматическими средствами смены инструмента и способный управлять несколькими осями. Инструменты, которых может быть более 100, обычно помещаются в инструментальный магазин и могут быть изменены командами из программы станка. Таким образом, различные грани заготовки могут быть обработаны комбинацией операций без перемещения ее на другой станок. Обрабатывающие центры особенно подходят для серийного производства крупных и сложных деталей, требующих высокой степени точности.
Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM)
Технология станков с ЧПУ была расширена за счет параллельных достижений в области CAD/CAM. В первых системах ЧПУ CAD и CAM рассматривались как отдельные функции. Постепенно они стали рассматриваться как интегрированная операция, причем производственные процессы рассматриваются на стадии проектирования изделия.
САПР позволяет проектировщикам использовать компьютеры для анализа и обработки проектных данных. Используя персональный компьютер вкупе со специальным программным обеспечением, проектировщик может рассмотреть предложенную конструкцию под разными углами, в различных поперечных сечениях и во многих размерах.
Детали готового проекта передаются на второй терминал, на котором может быть изготовлен комплект инженерных чертежей. Все аспекты проектирования тщательно изучаются на этом этапе, и после внесения окончательных изменений готовый, полностью размерный дизайн рисуется на специализированном компьютерном принтере, называемом плоттером.
Системы CAD/CAM также позволяют хранить проектные данные в числовой (оцифрованной) форме, из которой можно непосредственно готовить ленты и диски для управления машиной. Затем системы CAD и CAM могут быть связаны с помощью компьютерного программирования деталей. С помощью этого метода САПР может создать геометрический профиль требуемого компонента, например, в виде ряда Соединенных точек. Положение каждой точки и способы, которыми она может быть достигнута с помощью движений инструмента, подаются на компьютер. После расчета необходимых перемещений инструмента компьютер разрабатывает полную программу обработки детали, которая будет изготовлена на станке с ЧПУ.
Роботы
Использование станков с ЧПУ стимулировалось внедрением роботов-устройств, предназначенных для перемещения деталей, инструментов и материалов определенными движениями и по определенным траекториям. Роботы могут иметь память (хранящиеся наборы инструкций) и могут быть оснащены механизмами, которые автоматически выполняют многие задачи, такие как загрузка и выгрузка деталей, сборка, контроль, сварка, покраска и механическая обработка.
Его рука и запястье двигаются так же, как у людей, причем каждая ось движения приводится в движение электрическим или гидравлическим двигателем. Запястье обычно оснащается "концевым эффектором", элементом, к которому добавляются устройства, помогающие выполнять определенные необходимые операции. Эти устройства могут включать в себя двух или трехпальцевый захват для перемещения материала, электроинструмент для сверления или пистолет для дуговой сварки.
Вывод:
за достаточно небольшой промежуток времени металлорежущее оборудование, в частности токарные станки, потерпели ряд модификаций, главной целью которой было уменьшить основное и вспомогательное время затрачиваемое на изготовление изделий, т.к. это влечет за собой увеличение производительности производства, вследствие уменьшает затраты на работу станков (деталь делается за меньшее время), и увеличивает получаемую прибыль. В ходе технического прогресса модификации станков убирают ряд недостатков оборудования, а так же позволяют станкам быть более гибкими в плане производственных задач (например, осевой инструмент на токарном оборудовании, позволяет выполнить ряд простых задач без использования сверлильных/фрезерных станок).
Главное это частичная или полная автоматизация производства, детали на большинстве станков с ЧПУ изготавливаются в полуавтоматическом режиме, не требуют квалифицированных кадров, а так же не требуют большое количество станков (в сравнении с универсальным оборудованием), что позволяет выйти на совершенно другой уровень производства
