Автоматическая смена инструмента на Гф2171С5

Введение 

     Для автоматизации производства необходимо применение автоматических устройств. Применение устройств автоматической смены инструмента на станках с числовым программным управлением является одним из основных средств увеличения производительности работы оборудования, данный механизм позволяет продолжительное время выполнять технологические операции без вмешательства человека и является одним из основных условий автоматизации.

     Для современной техники характерны значительное усложнение задач управления и рост объемов обрабатываемой и передаваемой информации, определяющее принципиальный качественный скачек автоматизации – широкое применение средств вычислительной техники.

     На станках фрезерной группы смена инструмента осуществляется в течении продолжительного времени , порядка 30 – 60 секунд, что сказывается на производстве работы поскольку чистота смены инструмента составляет от 10 – 20 циклов в час.

       В общем случае устройство автоматической смены инструмента состоит из следующих компонентов: инструментального магазина, инструментального манипулятора предназначенного для захвата инструмента из магазина и передачи его в шпиндель и обратно.

       К основным требованиям, предъявляемым к инструментальным магазинам, относят:

- достаточная вместимость;

- высокая точность позиционирования инструмента в рабочем органе станка;

- легкость и удобство загрузки магазинов;

- минимальное время, затрачиваемое на смену инструмента;

- высокая надежность;

- наименьшее число координат при смене инструмента.      

       Инструментальные магазины – накопители инструментов, могут быть подразделены на две основные группы. К первой группе относятся магазины, в которых инструменты, необходимые для обработки определенной заготовки, устанавливаются в требуемой последовательности. Инструменты как правило, закрепляются в гнездах магазина и не меняются в течение всего времени обработки партии заготовок. Магазин является рабочим органом ,  воспринимающим усилие резания , и представляет собой многоинструментальную шпиндельную головку. Последовательная смена инструмента осуществляется поворотом револьверной головки. Магазины второй группы предназначены только для хранения инструментов. Такие магазины подразделяются на магазины дискового, барабанного, цепного и секционного типов. 

       Вместимость инструментальных магазинов весьма различна (от 6 до 160 шт. и более). Наименьшую вместимость имеют револьверные головки, а наибольшую барабанные и цепные магазины. Конструктивные исполнения устройств АСИ зависят от типов станков, рабочей зоны расположения шпинделя и необходимого числа и типа инструментов.  
 
 
 

             
 
 
 
 
 
 
 
 

                  1 Обзор механизма автоматической смены инструмента. 

Применяются три  типа устройств АСИ: для смены  шпиндельного узла; для смены инструмента в шпинделе станка   и   комбинированные.

   Устройства для смены шпиндельного узла подразделяются на устройства с револьверными головками и с дисковыми магазинами. В револьверных головках инструменты устанавливаются в требуемой последовательности обработки заготовки. Автоматическая смена инструмента осуществляется расфиксацией, поворотом и фиксацией револьверной головки.

Инструменты, как  правило, закрепляются в гнездах магазина и не меняются в течение всего времени обработки партии заготовок. Магазин является рабочим органом станка, воспринимающим  силы   резания. При применении револьверных головок необходимость наличия инструментальных и транспортных манипуляторов, а также промежуточных накопителей отсутствует. Преимуществом таких устройств АСИ являются простота конструкции, минимальное время, необходимое для смены инструментов   (1—3 с), отсутствие автоматической смены инструмента в шпинделе станка. Недостатки: небольшое число инструментов; ограниченность рабочей зоны (поскольку подача инструмента осуществляется перемещением револьверной головки); невысокая жесткость инструментальных шпинделей.

По положениям осей револьверных головок, эти устройства подразделяются на: головки с горизонтальной и вертикальной осями вращения. Наиболее широкое применение получили револьверные головки с горизонтальной осью вращения (на многоцелевых станках с вертикальным шпинделем).

    Револьверные головки устанавливаются на вертикально перемещающейся каретке, в крайнем верхнем положении которой осуществляется поворот головки при смене инструмента. Магазины шпиндельных гильз, являющиеся накопителями инструментальных шпинделей, предназначены только для хранения инструмента и не являются рабочими органам станка. Та кие магазины применяются с горизонтальной, вертикальной или наклонной осью поворота. Шпиндели поочередно присоединяются к приводу, обеспечивающему вращение и подачу шпинделя. При смене инструмента шпиндель отсоединяется от привода. Магазин поворачивается в положение, при котором очередной шпиндель устанавливается соосно со шпинделем привода и присоединяется к последнему. Преимуществом устройств

АСИ с магазином шпиндельных гильз перед устройствами с револьверными инструментальными шпиндельными головками является увеличение числа инструментов, большая жесткость шпинделя, меньшие ограничения зоны обработки, поскольку подача инструментов осуществляется перемещением гильзы шпинделя. По сравнению с устройствами АСИ со сменой инструмента в шпинделе станка, АСИ с магазином шпиндельных гильз имеют меньшую жесткость шпинделя из-за необходимости увеличения вылета инструмента, меньшую вместимость магазинов, необходимость при смене инструмента отвода заготовки на значительное расстояние от шпинделя. На инструмент, находящийся в магазине, возможно попадание стружки и пыли.

   Устройства для смены инструмента в шпинделе станка с манипулятором могут быть полуавтоматическими и автоматическими. Полуавтоматические устройства состоят из магазинов-накопителей инструмента и манипулятора для автоматической установки инструмента в шпиндель станка и обратно. Установка инструмента из магазина в манипулятор и разгрузка инструмента осуществляются рабочим во время работы станка, что обеспечивает возможность многостаночного обслуживания. В автоматических устройствах манипулятор автоматически забирает инструмент из магазина-накопителя или транспортного манипулятора и помещает инструмент в шпиндель станка.

Магазины устройств  АСИ с манипулятором подразделяются на дисковые, барабанные и цепные. Дисковые магазины применяются с горизонтальной, вертикальной и наклонной осями вращения. В магазинах с горизонтальной осью вращения инструменты устанавливают горизонтально. В магазинах с вертикальной осью вращения инструменты могут быть установлены вертикально, горизонтально или под углом (корончатые). В магазинах с наклонной осью поворота инструменты устанавливают параллельно оси поворота или под углом (корончатые).

Барабанные магазины выполняются многоярусными (в виде этажерок) с вертикальной осью вращения с горизонтально установленными инструментами.

Цепные магазины выполняются вертикальными, горизонтальными или наклонными   различной   конфигурации.

Наибольшей вместимостью обладают барабанные и цепные магазины.

Магазины-накопители инструментов могут быть установлены на стойке (колонне) станка, сверху или сбоку, вне станка или на шпиндельной бабке. Расположение магазина на шпиндельной бабке не требует дополнительных перемещений  манипулятора, шпиндельной бабки или магазина для обеспечения необходимого взаимного положения магазина и шпинделя при смене инструмента. Смена инструмента осуществляется при любом положении шпинделя. Однако масса магазина и инструментов будет оказывать влияние на точность обработки заготовок, так как силы инерции, возникающие в момент пуска и торможения магазина при поиске инструмента, воздействуют на систему СПИД станка и микро-геометрию обрабатываемой поверхности. Кроме того, степень заполнения магазина инструментами и его различная масса обусловливают различные нагрузки на бабку станка, что приводит к смещению оси шпинделя, а также влияет на стабильность позиционирования.

При установке  магазина вне шпиндельной бабки смена инструмента осуществляется при перемещении шпиндельной бабки по окончании очередного перехода в позиции смены инструмента, что увеличивает время между переходами, а также снижает точность обработки на величину повторяемой точности позиционирования шпиндельной бабки. В последнее время появились конструкции станков с магазинами, установленными на колонне станка, обеспечивающие смену инструмента при любом положении

шпинделя. Это достигается синхронным перемещением (отслеживанием)

манипулятора  со  шпиндельной  бабкой.

Инструментальные  манипуляторы, предназначенные для  смены инструмента в шпинделе станка, по числу захватов подразделяются на одно-, двух- и многозахватные. Наиболее широкое применение получили двух-захватные манипуляторы.

Агрегатированные устройства АСИ. С целью увеличения эффективности устройства АСИ, повышения их надежности и снижения стоимости применяют устройства АСИ, выполненные в виде законченных унифицированных автономных узлов (модулей), которые не зависят от компоновки конкретного станка и могут поставляться как самостоятельные узлы к различным моделям станков с ЧПУ. Они могут устанавливаться на станине или колонне станка или на отдельном фундаменте. Применение таких устройств позволяет максимально унифицировать конструкции многоинструментальных станков с ЧПУ.

Установка магазинов агрегатированных автономных устройств АСИ вне станка на отдельном фундаменте обеспечивает большую вместимость магазина, удобство его обслуживания и исключает, благодаря отсутствию связи со станком, влияние переменного веса комплекта инструмента и вибрации при перемещении магазина для поиска инструмента во время работы станка, а также влияние тепла на точность обработки. Значительное расстояние магазина от рабочей зоны станка обеспечивает предохранение инструментов от попадания стружки, эмульсии,   чугунной   пыли   и т. д.

Комбинированные устройства АСИ. Такие устройства обеспечивают смену шпиндельного узла и инструмента в шпиндельном узле. В их состав входят: револьверная головка, поворот которой на 180° обеспечивает смену всего шпиндельного узла; установленный на инструментальной бабке магазин с манипулятором, предназначенным для смены инструмента в одном из шпинделей револьверной головки во время обработки заготовки инструментом, установленным в другом шпинделе. Смена инструмента осуществляется в любом его положении относительно стола станка.

             2 Технические характеристики вертикально-фрезерного

                                       станка модели  ГФ2171С5 

      Размеры рабочей поверхности стола, мм:

длина ..................1600

ширина................. 400

      Наибольшее перемещение стола, не менее, мм:

продольное (ось  Х)..... 1000

поперечное (ось  У) .... 400

вертикальное (установочное) ......... 240

Наибольшее перемещение  ползуна, не менее, мм (ось Z)....... 250

Скорость быстрого перемещения осей X,Y,Z, мм/мин....... 6000

Конец шпинделя с конусностью ..... 7:24 50

Количество частот вращения шпинделя ........ 18

Пределы частот вращения шпинделя, об/мин ....... 40-2000

Наибольший крутящий момент на шпинделе, кНм ...... 0,615

Мощность двигателя  главного движения, кВт ..... 7,5

Пределы подач  стола, ползуна, мм/мин....... 3...3800

      Допустимое усилие подачи, Н:

оси X,Y.............. 15690

оси Z ............... 9800

Количество управляемых  координат: 3 

      Расстояние от торца шпинделя до стола, мм:

наименьшее..... 250

наибольшее..... 490

Количество инструментальных гнезд в магазине....... 12

Тип устройства ЧПУ..... 2С42-65

Габаритные размеры  станка с электро-, гидрооборудованием, мм, не более:  

3680×4170×3150 

            3 Функциональная схема комплекса станка мод. ГФ2171С5   

                                                     с УЧПУ 2С42-65 

 

         3.1 Назначение элементов функциональной схемы комплекс

  станка УЧПУ мод. ГФ2171 С5                                           

      Пульт управления – предназначен для выбора режима работы САУ ввода технологической программы системных параметров, станочных параметров, корректоров на инструмент, нулей деталей и редактирование выше перечисленных информаций .