Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Основное назначение МАСИ - сокращение времени простоя станка, затрачиваемого на смену инструментов, и обеспечение автоматической обработки сложных деталей. В зависимости от назначения станка устройство МАСИ могут включать накопители инструментов (револьверные головки, инструментальные магазины); загрузочно-разгрузочные устройства для съема и установки инструмента в шпиндель станка (автооператоры); промежуточные конвейерные устройства для передачи инструмента от накопителя к загрузочно-разгрузочному устройству при больших расстояниях от шпинделя до накопителя (перегружатели, автооператоры).

Инструментальные магазины. В станках сверлильно-фрезерного расточного типа наибольшее применение получили МАСИ с использованием инструментальных магазинов с размещением в них до 200 инструментов. Инструментальные магазины дискового, барабанного и цепного типов в зависимости от компоновки станка могут располагаться на шпиндельной бабке, стойке, станине или рядом со станком. В горизонтально-расточном станке с МАСИ (рис. 3.52) устройство автоматической смены инструмента включает инструментальный магазин 1 цепного типа, автооператор 2 смены инструмента и траверсу 3, по которой перемещается автооператор Инструмент закрепляется в шпинделе 4 станка. На рис. 3.53 приведена кинематическая схема МАСИ этого станка. Перемещение инструмента в цепном магазине осуществляется высокомоментным двигателем М3 через ряд зубчатых колес и цепную передачу. Перемещение автооператора 2 по траверсе 3 происходит от электродвигателя М1 при включении электромагнитной муфты ЭМ1 и обкатывании зубчатых колес z = 20 по рейке. Поворот инструмента при его смене осуществляется от того же двигателя при включении муфты ЭМ2.

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Гнезда 1, 2 инструментального магазина (рис. 3.54), в которых устанавливается инструмент, закреплены на цепи 3 магазина, натяжение которой производится винтами 4 и 5. Фиксация инструмента 8 осуществляется поворотным фиксатором 7 от подпружиненного упора 6. Положение магазина в позиции смены инструмента показано на рис. 3.55. Инструмент 1 удерживается в гнезде магазина с помощью поворотного фиксатора 2, освобождение которого производится упором 5. Контроль положения инструмента осуществляется конечными выключателями 3 и 4. Для повышения точности положения инструмента в магазине при его съеме предусмотрены дополнительные направляющие качения 6-8.

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

 

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Захват и удержание инструмента в поворотной руке автооператора производится с помощью подпружиненных губок 7 и 2 (рис. 3.56). Для повышения надежности транспортировки инструмента происходит его жесткая фиксация (от поворота губок 1 и 2) с помощью штока 3. На рис. 3.57 показаны направляющие качения 3 автооператора 1 при его перемещении по траверсе 2 (транспортирование инструмента от магазина до шпинделя и обратно), на рис. 3.58 - механизм перемещения руки 2 с инструментом (при его выдвижении из гнезда магазина или конуса шпинделя) от гидроцилиндра 1. При выдвижении рука базируется в цилиндрических направляющих 3 Поворот руки 2 на 180° при смене инструмента осуществляется через коническое колесо 4 входного вала.

Поворот инструментального магазина 6 дискового типа с вертикальной осью (рис. 3.59, а) происходит от двигателя 1 через зубчатые передачи 2-3; 4-5. На схеме рис. 3.59, б показан фрагмент дискового магазина 1, вращение которого происходит от двигателя 4 через зубчатую передачу 3. Базирование магазина осуществляется в круговых направляющих скольжения 2, а фиксирование в заданной позиции - упором 5 с помощью гидроцилиндра 6.

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Инструментальная система токарных многоцелевых станков реализуется в двух видах:

  1. инструментальных магазинов, связанных посредством манипуляторов с инструментальными головками, закрепленными на поперечных салазках станка. Это обеспечивает большую емкость накопителя, малые размеры, однако конструкция доста точно сложная;
  2. револьверных многопозиционных головок, оснащенных неподвижными и вращающимися инструментами (радиальными и осевыми).

Револьверные многопозиционные головки. Одноинструменталеная двухпозиционная головка многоцелевого токарного модуля имеет ось вращения под углом 45° к вертикальной оси, фиксируется в двух положениях, что обеспечивает возможность установки инструмента в осевом и радиальном направлениях (рис. 3.60). Привод вращающегося инструмента содержит регулируемый электродвигатель l, передающий вращение через пару цилиндрических 2 и 3 и пару конических колес 6 и 7 на вращающийся инструмент 11 (через зубчатую муфту 12). Поворот корпуса 5 производится при размыкании зубьев торцовой зубчатой муфты 4 штоком 10 гидроцилиндра, сцепленным с зубчатым колесом 9. При этом с помощью гидроцилиндра 8 зубья торцовой муфты 4 расцепляются. Аналогичные головки применяются и в многоцелевых станках фрезерного типа.

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Наибольшее распространение в токарных многоцелевых станках нашли инструментальные системы с многопозиционными револьверными головками, так как они упрощают конструкцию и сокращают время смены инструмента до нескольких секунд. Точность поворота инструментального диска ± 2 с. Револьверные головки различают:

  • по расположению оси - с вертикальной и горизонтальной осью. Первые более компактны, однако в них трудно реализовывать вращающийся инструмент. Головки с горизонтальной осью имеют большую жесткость и позволяют устанавливать большее количество инструментов;
  • по типу привода - гидравлические (более надежные) и электромеханические.

В связи с тем, что 70...75 % видов деталей, обрабатываемых точением, требуют других операций (сверления, фрезерования и др.), широко используют револьверные головки, в которых можно устанавливать вращающийся инструмент. На рис. 3.61, а показана кинематическая схема револьверной головки с приводом через центр с вращением всех инструментов одновременно Для такой компоновки характерны следующие недостатки: большой уровень шума и мощность холостого хода; худшие условия безопасности; наматывание стружки на неработающий инструмент; небольшое количество инструментов. К преимуществам можно отнести быстрое деление, хорошее зацепление приводных колес. (Конструктивное исполнение см. рис. 3.65.)

Компоновка револьверной головки с приводом, размещенным снаружи в отдельном корпусе (привод удален от рабочей зоны), наиболее распространена (рис. 3.61, б), так как вращается только инструмент, требуемый для данной операции. Кроме того, исключено наматывание стружки на неработающий инструмент и работа более безопасна.

Электромеханическая револьверная головка для невращающегося инструмента токарных станков (рис. 3.62). От асинхронного электродвигателя 1 вращение передается на колеса 2 и 3 и далее на планетарный редуктор. Колесо 4 редуктора, обкатываясь по неподвижному в данный момент колесу 18 (так как инструментальный диск 10 зафиксирован кулачковой муфтой 14), вращает колесо 16, несущее ролик 6. При вращении колеса 16 ролик 6 заходит во впадину торцового кулачка, выполненного на детали 15. Пружина 12 отжимает деталь 9, и зубья торцовой кулачковой полумуфты 14 выходят из зацепления с зубьями полумуфты 14 на инструментальном диске.

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

 

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

На внешней цилиндрической поверхности колеса 16 выполнен паз, в край которого упирается после освобождения инструментального диска палец 17. В результате этого колесо 16 фиксируется и планетарная передача 4, обкатываясь по неподвижному колесу 16, передает вращение на колесо 18 и вместе с ним на инструментальный диск 10.

Датчик 19 контролирует поворот диска 10 и при подходе к нужной позиции дает сигнал электромагниту 8, который управляет фиксатором 11, освобождаемым пружиной 9. Так как фиксатор 11 заходит в паз еше не остановленного диска 10, предусмотрено демпфирующее устройство (втулка 20). В момент срабатывания фиксатора датчик 7 дает команду на отключение двигателя 1. После небольшой паузы двигатель 1 реверсируется. Так как фиксатор 11 находится в пазу диска 13, центральный вал головки и колесо 18 неподвижны. Поэтому при реверсе планетарное колесо 4 приводит во вращение колесо 16, ролик 6 вновь вводит в зацепление зубья муфты 14. В момент фиксации датчик 5 дает команду на отключение двигателя.

Электромеханическая револьверная головка с горизонтальной осью для невращающегося инструмента токарных модулей имеет один привод и развитую механическую систему (планетарный редуктор, кулачковые механизмы) для осуществления поворота инструментального диска (рис. 3.63). Время смены каждого из двенадцати положений около 1 с. Вращение от асинхронного двигателя 1 через зубчатое колесо 2 передается на планетарный редуктор. Три сателлита 4, обкатываясь по неподвижному колесу 3, передают вращение на деталь 5, а затем через шпонку - на центральную гильзу 7 и деталь 6. При этом выдвигается инструментальный диск 8 и за счет взаимодействия зажимного кулачка 13 с роликом 15 происходит расцепление зубьев торцовой муфты 10. Одновременно ролик 14 подхватывает деталь 9, которая связана с инструментальным диском 8, и начинает его вращать.

При подходе к нужной позиции датчик 19 дает команду электромагниту 16, который толкает фиксатор 12 до попадания его в гнездо инструментального диска. При фиксировании диска 8 датчик 11 отключает электродвигатель 1. Затем двигатель 1 реверсируется, при этом ролик 14 оказывается в середине паза кулачка 9 (рис. 3.63, б, 1I) и за счет профиля кулачка 13 ролик 15 оказывается на его плоском участке (движение на рис. 3.63, б, IV показано стрелками) На диске 18 имеются выступы, число которых равно числу позиций головки. В момент зажима, т.е. когда ролик 15 находится на плоском участке кулачка 13, один из этих выступов нажимает на выключатель датчика контроля блокировки 17, который отключает электродвигатель 1.

Особенностью револьверной головки с вертикальной осью является то, что все приводы выполняются от гидроцилиндров и поворот головки 1 с закрепленными на ней инструментами происходит без подъема корпуса, что исключает попадание грязи (рис. 3.64). Для осуществления поворота масло подается в полость 7 гидроцилиндра 5 и происходит расцепление зубьев муфты 9. Нижняя полумуфта, которая одновременно является и поршнем гидроцилиндра 5, при повороте корпуса головки остается неподвижной; связанная с ней шлицами 2 центральная гильза также не может вращаться.

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

 

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Для поворота головки масло подастся в полость 4 гидроцилиндра 3, а из полости 8 масло сливается в бак Поршень 10 этого гидроцилиндра имеет в отверстии резьбу 12, а на наружной поверхности - шлицы 11. Поэтому при подаче масла одновременно с подъемом поршня 10 происходит его поворот и через шлицевое соединение 11 вращение передается корпусу головки. Система ЧПУ отслеживает это вращение, и при подходе к нужной позиции датчик 13 дает команду на замедление вращения до точного совмещения зубьев муфты 9. Когда это произошло, прекращают подачу масла в полость 7 гидроцилиндра 5 и подают его в полость 6.

Револьверная головка с вращением инструментов (валом 7) от одного электродвигателя 17 через ременную передачу 16 показана на рис. 3.65. Поворот инструментального диска 8 в требуемую позицию осуществляется электродвигателем 1 через планетарную передачу 2 и через водило, передающее вращение колесам 3 и 4. Колесо 3 зацепляется с колесом 14, имеющим ролик 13 и работающим в режиме кривошипного диска. При одном полном обороте колеса 14 его ролик 13 входит в пазы многопазового диска 12 (мальтийского креста) и поворачивает его на один угловой шаг.

Одновременно с этим зубчатое колесо 4, вращая колесо 11 с кулачковым профилем, дает возможность перемещаться (пружинами) полумуфте 10 с кулачком 5 в осевом направлении, расцепляя торцовую муфту 6. В таком положении (при расцепленной муфте 6) диск 12 поворачивается роликом 13 кривошипного диска 14, и одновременно вместе с корпусом 9 поворачивается инструментальный диск 8 с инструментами на следующую позицию. Контроль производится датчиком 15.

В револьверной головке токарного модуля с приводом вращения инструмента, расположенным снаружи, на диске 10 установлен ряд инструментальных блоков 11 и 12 (12 - 16 инструментов), причем вращается только один инструмент (в данном случае 12), находящийся в рабочей позиции (рис. 3.66). Отличительной особенностью головки является использование одного двигателя М постоянного тока как для поворота инструментального диска в требуемую позицию, так и для вращения инструмента. Это реализуется благодаря использованию планетарного редуктора с перемещающимся (в три позиции 1п, 2п, Зп) во- дилом 1. (Гидроцилиндр привода водила не показан.) В положениях водила 1п и 2п происходит вращение инструмента, а в положении Зп - поворот инструментальной головки.

На рис. 3.67 приведена кинематическая схема головки. В положении водила 2п (см. также рис. 3.66) вращение от двигателя на вал 13 и далее на вращающийся инструмент передается через передачи z = 32...64; z = 34...68 и далее через z = 22 на водило I с передаточным отношением планетарного редуктора, равным единице. Водило вращает приводной вал 14, при этом сателлиты z = 16 свободно откатываются по колесу 2 (z = 55) с внутренним зубом. Вращение от колеса z = 34 передается на колеса z = 21 и на вал 13 привода вращения инструмента. В положении 1п водило 1 получает вращение за счет обкатывания сателлита z = 16 по солнечному неподвижному колесу z = 55. В этом положении с валом 14 связан сателлит z = 16 и планетарный редуктор дает повышение частоты враще ния в 3,5 раза: Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ) что позволяет существенно повысить частоту вращения инструмента. Дальнейшая передача движения аналогична положению 2п. Поворот инструментального диска 10 в следующую рабочую позицию производится при положении водила Зп. Для осуществления поворота в полость 6 гидроцилиндра 7 подается масло, происходит перемещение диска 10 влево и расцепление зубьев муфты 9 В результате этого освобождается для вращения солнечное колесо z = 55. Кроме того, фиксатор от гидроцилиндра 5 входит в паз колеса 4 и лишает возможности вращения приводной вал 14. При этом вал 14 соединяется с водилом 1 (при перемещении левое колесо водила зацепляется с зубьями вала 14) и водило тоже не вращается, а движение передается через колесо z = 22 на z = 16 и далее на солнечное колесо z = 55 (с передаточным отношением 16 : 55), через которое происходит поворот диска 10 с инструментами.

 

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

 

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

В конце поворота инструментального диска 10 его вращение замедляется (команда от датчика 3) и при совмещении зубьев торцовой муфты 10 датчик 3 дает команду на отключение вращения двигателя и на закрепление диска 10 при подаче масла в полость 8 гидроцилиндра.

Револьверная головка карусельно-шлифовального станка, которая устанавливается с возможностью поворота относительно оси 0 на корпусе суппорта 2 (рис. 3.68), позволяет обрабатывать наружные, внутренние плоские, цилиндрические и конические поверхности. Включение в работу шпинделей 1 (для шлифования плоскостей) и 5 производится зубчатой муфтой 3, а частот а вращения двигателя М1 переменного тока регулируется в пределах 800...3000 мин-1. Шпиндель 4 имеет свой привод М2 и служит в основном для шлифования отверстий. Поворот головки на любой угол в автоматическом или ручном режиме осуществляется от гидродвигагеля М путем обкатывания относительно неподвижного червячного колеса 6.

Фрагмент конструкции головки дан на рис. 3.69. Вращение от двигателя М\ через шкивы 1 и 3 ременных передач передается на соответствующие шпиндели (не показаны). Включение в работу одного или другого шкива (и шпинделя) осуществляется зубчатой муфтой 2, перемещаемой гидроцилиндром 4. Поворот головки на требуемый угол, контролируемый датчиком 6, производится от гидродвигателя М через пару зубчатых колес и червячную передачу. Происходит обкатка корпуса 8 головки относительно неподвижного червячного колеса 9. Для осуществления поворота необходимо расцепить зубья торцовой зубчатой муфты 10 с помощью гидроцилиндра 11.

 

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

 

Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ)

При подаче масла в соответствующую полость происходит перемещение корпуса 8 головки и расцепление зубьев 10, что контролируется конечным выключателем 5. Возврат головки в исходное (рабочее) положение после поворота на угол производится тарельчатыми пружинами 12 и контролируется конечным выключателем 7.

Смотрите также