Ознакомление с работой станков с ЧПУ

Стремление увеличить производительность и уровень автоматизации мелкосерийного производства путем совершенствования систем управления станками привело к созданию станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Числовое программное управление станками основано на использовании чисел для задания программы перемещений исполнительных органов стан­ков в процессе обработки. В отличие от станков-автоматсв, где программа работы задается в аналоговом виде (шабло­нами, копирами, кулачками и т. д.), в станках с ЧПУ реализуется связь размеров детали с программой, задан­ной в виде числового кода на программоносителе.

Подготовка программ для станков с ЧПУ, а также их тиражирование требует меньшей трудоемкости по сравне­нию с трудоемкостью изготовления кулачков или копи­ров. В то время как для изготовления кулачков (копиров) необходимы расчетные, чертежные работы и механическая обработка, подготовка программ сводится к расчету и за­писи ее на программоноситель. При тиражировании про­грамм трудоемкость предельно мала, так как не нужны повторные расчеты. Еще одним преимуществом ЧПУ является возможность коррекции программ непосред­ственно в процессе обработки без замены программоноси­теля. Применительно к мелкосерийному производству, в котором эксплуатируется более 50 % всего станочного парка, использование станков с ЧПУ позволяет увели­чить производительность в 2—4 раза, увеличить долю основного времени в общем цикле обработки с 30 до 50 %.

В связи с управлением работой станков по командам системы ЧПУ внесли изменения в конструкцию их основ­ных узлов с целью повышения точности и стабильности качества обработки. Эти изменения, в первую очередь, коснулись приводов подач, в которых стали применять передачи, позволяющие исключить кинематические и силовые зазоры. С этой целью сокращают длину кинема­тических цепей, в каждой из которых использован инди­видуальный двигатель, в передачах трение скольжения заменяют трением качения (передачи винт — гайка каче­ния), используют передачи с устройствами устранения зазоров в передачах (разрезные колеса, смещаемые в осе­вом направлении червяки) и редукторах (беззазорные редукторы с параллельными кинематическими цепями и др.), а при установке зубчатых колес на валы исполь­зуют конические разжимные кольца.

Большое значение для станков с ЧПУ имеет быстро­действие привода, так как время его разгона и тормо­жения оказывает влияние на точность отработки про­граммы, в частности точность позиционирования. Высо­кое быстродействие привода подач в широком диапазоне регулирования обеспечивается специальными электро­двигателями и передачами, у которых стабильно малые потери на трение (винт — гайка качения, гидростатиче­ская винт — гайка), подвижные узлы установлены на направляющих качения и гидростатических направляю­щих, а также применены специальные смазочные мате­риалы. В качестве специальных электродвигателей в при­водах подач используют силовые шаго вые электродвига­тели и шаговые двигатели в сочетании с гидроусилителями моментов, высокомоментные двигатели постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями и электро­двигатели постоянного тока с дисковым ротором. Расши­ряется применение в приводах подач синхронных бескол­лекторных двигателей переменного тока (вентильных) с моментом 0,1—90 Н-м и максимальной частотой враще­ния 3000—5000 мин"¹. Эти двигатели имеют широкий диапазон регулирования, равномерность вращения, а также малые габаритные размеры и массу.

В зависимости от технологического назначения станка с ЧПУ привод его главного движения выполняют ступен­чатым или бесступенчатым. В ступенчатом приводе шпин­дель получает вращение от автоматической коробки ско­ростей (АКС), переключаемой от электромагнитных муфт и приводимой во вращение одно- или многоскоростным нерегулируемым электродвигателем. В приводах с бессту­пенчатым регулированием используют сочетание двига­теля постоянного тока с тиристорным управлением и двух-трехступенчатой коробки скоростей.

Весьма перспективным для станков с ЧПУ является асинхронный комплектный электропривод «Размер 2М-5-21». Он предназначен для работы в системах авто­матического бесступенчатого регулирования частоты вращения электродвигателей двух механизмов подач и электродвигателя шпинделя токарных станков с ЧПУ. В приводе используются асинхронные двигатели с коротко-замкнутым ротором, снабженные встроенными датчиками положения (фазовращатель, работающий на индуктивном принципе) и датчиком температуры. Регулирование частоты вращения реализуется в соответствии с частотно-токовым способом. Для этого обмотки статора запитывают от транзисторных инверторов, преобразующих постоянное напряжение в регулируемую по частоте и амплитуде трехфазную систему токов. В диапазоне частот вращения 0—1500 мин ^-1 регулирование этого электропривода выполняется с постоянным крутящим моментом (приводы подач), а в диапазоне 1500—4500 мин ^-1 — с примерно постоянной мощностью (приводы главного движения).

Шпиндели станков с ЧПУ по сравнению со шпинделями универсальных станков имеют большие диаметры, что позволяет размещать в них зажимные автоматические устройства, датчики и диагностические устройства. Установка в опорах шпинделя более жестких роликовых подшипников с предварительным натягом обеспечивает необходимые для станков с ЧПУ долговечность и жесткость, позволяющие выполнять черновую и чистовую обработку. Находят применение также гидродинамические (в шлифовальных станках), гидростатические и аэростатические (в прецизионных станках) подшипники. Базовые детали станков с ЧПУ выполняют с дополнительными ребрами жесткости с увеличенными направляющими. Компоновка этих станков обеспечивает удобство при загрузке — выгрузке и отводе стружки.