Системы автоматического копирования

Станки-автоматы с непосредственным моделированием перемещений рабочих органов

Детали пространственной формы, которые не поддаются обработке или недостаточно эффективно обрабатываются на обычных станках, обрабатывают на станках, называемых копировальными.

Системы управления копировальными станками представляют собой особый вид следящих систем, замкнутых или разомкнутых, в которых изменение входной величины происходит по определенному закону, который может быть любым и задается в виде материальной модели-аналога.

Копировальные системы широко применяются в металлообрабатывающих станках для изготовления судовых гребных винтов, лопаток газовых, паровых и гидравлических турбин, воздушных винтов самолетов, пресс-форм, литейных форм и кокилей, кулачков и т. п.

Профиль обрабатываемой детали обычно формируется путем сочетания двух (иногда трех) движений детали и инструмента. Результирующее перемещение инструмента относительно детали образуется геометрическим сложением векторов двух взаимно перпендикулярных перемещений. Одно из этих движений, а именно непрерывное движение копира (шаблона обрабатываемой детали) с постоянной скоростью вдоль одной из координатных осей, называется задающей подачей S_M, а другое, представляющее собой вынужденное движение копировального щупа (называемого также копировальным пальцем) вдоль оси, перпендикулярной первой оси, называется следящей подачей S_clt. Следящая подача в зависимости от изменения наклона, определяемого профилем шаблона, может изменяться как по величине, так и по знаку. Образование результирующей подачи S_v показано на рис. 14.1.

Все копировальные станки можно разделить на два класса. К первому относятся станки с жесткой кинематической связью между копировальным щупом и исполнительным органом, например поперечным суппортом. Ко второму классу относятся.

Рис. 14.1. Схема образования результирующей подачи.

станки со следящей системой, использующей промежуточные усилители мощности между копировальным щупом и исполнительным органом.

Копировальные станки — это, как правило, полуавтоматы, где автоматизированы только операции собственно обработки, поскольку сложность воспроизводимого профиля детали и длительность ее обработки делают операции загрузки-выгрузки относительно менее значащими. Однако в последнее время в производстве все в более широкой степени применяются различного рода автооператоры и роботы-загрузчики, обеспечивающие работу копировальных станков в режиме полного автомата.

Копировальные станки с жесткой кинематической связью между копировальным щупом и исполнительным органом, отличаясь простотой конструкции и принципиальным отсутствием автоколебаний, находят тем не менее, лишь ограниченное применение.

Примером подобных станков могут служить вертикальные токарные многошпиндельные многопозиционные полуавтоматы. В таких копировальных полуавтоматах на каждой позиции обработки движение суппортов происходит под воздействием равномерно вращающихся цилиндрических барабанов-копиров с цилиндрическими винтовыми пазами, выполненными на их поверхности. В эти пазы заводятся ролики-толкатели, которые жестко связаны с суппортами, перемещающимися по своим направляющим и содержащими металлорежущие инструменты, осуществляющие обработку на данной позиции. В таких копировальных станках усилие резания развивается за счет усилия, с которым копир (шаблон) воздействует на копировальный ролик, установленный на щупе.

Другим примером подобных систем является производство автомобильных поршней. Детали типа поршней имеют в поперечном сечении форму эллипса, а в продольном сечении — бочкообразную форму.

В этом случае эллипс в поперечном сечении может быть образован сечением цилиндра плоскостью, неперпендикулярной его оси вращения. Бочкообразность же продольного сечения обеспечивается за счет применения плоских копиров (шаблонов), представляющих собой воспроизведение в требуемом масштабе осевого сечения получаемой детали.

Такому методу можно придать и большую универсальность, обеспечивая перемещение резца как в осевом, так и в радиальном направлении с помощью копиров либо объемной формы, либо путем сочетания двух или трех плоских копиров.

Однако, несмотря на свою простоту, метод прямого копирования и перемещения режущего инструмента под непосредственным воздействием копира обладает следующими принципиальными недостатками:

• • точность изготовления копира непосредственно влияет на точность обработки детали;
• • усилие резания создается воздействием копира на копировальный щуп (ролик), что требует изготовления как копира, так и щупа, контактирующего с копиром, из износостойкого материала, большей частью из закаленных инструментальных сталей;
• • сложно точно изготовить копир из труднообрабатываемого материала;
• • необходимо часто заменять копир вследствие больших усилий в точке контакта копира с копировальным щупом и относительно быстрого износа этого копира и потери точности;
• • требуется специальная конструкция точной и жесткой кинематической цепи между копиром и копировальным щупом;
• • в процессе эксплуатации необходимо подстраивать передаточное отношение цепи между копиром и копировальным щупом вследствие дрейфа точности копирования;
• • трудно поддерживать постоянство результирующей подачи, представляющей собой гипотенузу прямоугольного треугольника, катетами которого являются задающая и следящая подачи, что необходимо из технологических соображений, так как именно результирующая подача создает вектор контурной скорости, касательный к воспроизводимому профилю.

Необходимость многократного точного изготовления копира из трудноообрабатываемого материала является ключевым недостатком, затрудняющим эксплуатацию станков, использующих метод прямого копирования. Поэтому такой метод копирования применяется в основном в редко переналаживаемом, но высокоавтоматизированном производстве, например в шарикои роликоподшипниковой и автомобильной промышленности, а также в производстве электродвигателей.

Большое распространение получили одношпиндельные токарные автоматы, работающие с прутковыми заготовками и использующие распределительный вал с кулачками. Для таких автоматов характерно наличие двух ветвей передачи движения: ветви главного движения — от приводного электродвигателя к рабочему шпинделю, и ветви подач — от электродвигателя к распределительному валу. Самой простой является кинематическая схема такого копировального станка, у которого подачи рабочих суппортов обеспечиваются профилями сменных кулачков, устанавливаемых на распределительном валу, причем этот распределительный вал вращается равномерно. Так, в частности, устроены и работают широко распространенные автоматы для фасонного продольного точения, а также почти все токарно-револьверные автоматы.

Многошпиндельные токарные автоматы, в том числе и принципиально рассмотренные выше, характеризуются по большей части специальной конструкцией распределительных валов, которые состоят из нескольких участков, кинематически связанных друг с другом, но с различными методами ориентации и крепления цилиндрических, дисковых и командных кулачков.