В настояще время выпускаются шлифовальные станки с ЧПУ следующих основных классов: плоскошлифовальные, круглошлифовальные, внутришлифовальные и заточные. Созданы также многоцелевые шлифовальные станки и гибкие производственные модули на их основе. Следует помнить, что шлифовальные станки с ЧПУ не делают, с точки зрения обработки металла, ничего такого, что не может сделать обычный шлифовальный станок. Во всех этих станках в качестве режущего инструмента применяются шлифовальные круги, используются те же скорости резания, СОЖ и т. п. Таким образом, повышение производительности станка и расширение его технологических возможностей при использовании ЧПУ обеспечивается не за счет процессов, связанных со съемом металла, а лишь за счет управления и вспомогательного времени.
Особенностью шлифования, затрудняющей программное управление этим процессом, является то, что износ круга соизмерим по ве
личине с припуском на обработку (в отличие от лезвийного инструмента). Износ круга зависит от различных параметров и составляет -—-1 /50 от снятого припуска. Поэтому управление перемещениями механизма правки круга от устройства ЧПУ должно предусматривать учет и компенсацию его износа.
Обозначение отечественных шлифовальных станков с ЧПУ отличается от обычных лишь добавлением буквы Ф и цифры 1, 2, 3 или 4 рядом с ней, указывающей на дополнительные признаки (табл. 8.1).
8.1. Обозначение систем программного управления
Отличительные признаки
Система управления с цифровой индикацией на табло или экране координат подвижного узла станка. В нее входят устройства для предварительного набора координат обрабатываемой поверхности н для автоматического перемещения шлифовального круга в заданные координаты Система позиционного программного управления, позволяющая автоматически перемещать подвижные узлы станка в точки с заданными координатами, т. е. осуществлять их позиционирование. Траектория движения узла возможна лишь прямолинейная, вдоль направляющих Контурная система программного управления, обеспечивающая произвольную траекторию движения инструмента за счет перемещения рабочего органа по двум или трем координатам одновременно Комбинированная позиционно-контурная система программного управления, как правило, с устройством автоматической смены режущих инструментов
Отечественным станкостроением выпускается более 25 типов станков шлифовальной группы с числовым программным управлением. В табл. 8.2 приведены некоторые данные о наиболее типовых шлифовальных станках с ЧПУ, из которых видно, что эти станки могут производить те же виды абразивной обработки, что и обычные станки с ручным управлением. Дополнительные технологические возможности, обеспечиваемые системой программного управления, характеризуются совокупностью программируемых движений рабочих органов станка.
Независимые движения (продольная, поперечная и вертикальная подачи, вращение заготовки, угол поворота стола и т. п.) называются координатными осями перемещения.
|
Наибольший диаметр изделия £>ша*= 280 мм. Наибольшая длина шлифования Етах=710 мм. Частота вращения изделия п = 25ч — 4-720 об/мин. Частота вращения шлифовального круга Укр —1590, 1690 об/мин Дрпах==200 ММ, Е, пат — =700 мм, п — 50ч — Ч — 500 об/мин, jVkр = = 1590 об/мин MM, Етах = = 30ч-750 об/мин. ЛгНр= = 1250 об/мин Наибольший диаметр шлифуемого отверстия ^тах“80 ММ, /. fл х — 80 мм. /У„р= 12 000ч-150 000 об/мин Размер рабочей поверхности 200 X 400 мм, скорость круга сКр=Зб м/с, скорость продольного перемещения стола Snp=24-35 м/мнн. Вертикальная подача 5„= = 0,002ч-0,1 мм/мин. Поперечная подача S’m>n = =0,54-30 мм/мин Размер рабочей поверхности 320X1250 мм, гКр== = 24ч-35 м/с, Snp=0,0l4 4-10 м/мин |
Плоскошлифовальные станки с ЧПУ в зависимости от назначения могут иметь одну, две или три программируемые оси перемещения: X, Z и У (рис. 8.4): X — продольная подача стола, Z — поперечная подача стола, Y — вертикальная подача шлифовального круга.
Дополнительно может осуществляться программное управление частотой вращения шлифовального круга и постепенного наращивания частоты вращения круга по мере его износа (для поддержания постоянной скорости резания), скоростью изделия (подачами) и другими параметрами.
Обработка плоских поверхностей может программироваться в режимах «маятникового» и «глубинного» шлифования. При маятниковом шлифовании (рис. 8.5, а) задается возвратно-поступательное перемещение, которое совершает стол с закрепленной на нем заготовкой относительно бабки, несущей шлифовальный круг. Подача вдоль оси Z (поперечная) может осуществляться после одного хода — стола — обработки одной «строки» (рис. 8.5, б) или одновременно с продольной подачей вдоль оси X (рис. 8.5, в). В последнем случае обратный ход производят обычно без поперечной подачи для улучше-
ния качества поверхности. После обработки плоскости круг подается вниз на деталь для обеспечения съема металла при последующих рабочих ходах.
При глубинном шлифовании (рис. 8.5, г) припуск на обработку снимают за один рабочий ход при малых скоростях движения детали относительно круга.
Обработку криволинейных поверхностей осуществляют движением бабки с кругом одновременно по двум координатам (рис. 8.6, а)
либо, как и в обычных станках, — применением координатной правки круга (рис. 8.6, б). В отличие от станков с ручным управлением правку выполняют по программе алмазным карандашом, управляемым устройством ЧПУ. На рис. 8.7 показана профильная правка круга, выполняемая по программе; требуемый профиль получается при одновременных перемещениях круга (ось Z) и алмазного карандаша (оси X).
По программе можно задавать не только траекторию правящего инструмента, но и технологию самой правки, с учетом компенсации износа круга. В большинстве случаев правка осуществляется периодически (рис. 8.8, а). При глубинном и профильном шлифовании,
Рис. 8.7. Профильная правка круга, выполняемая по программе
Рис. 8.8. Периодическая (а) и непрерывная (б) правка круга при плоском шлифовании когда круг особенно интенсивно изнашивается и затупляется, применяют непрерывную правку с компенсационным смещением круга (рис. 8.8, б).
При обработке плоскостей в плоскошлифовальных станках применяют систему ЧПУ преимущественно позиционного типа. Однако профильное шлифование вызывает необходимость использования систем ЧПУ контурного типа. Дискрета для плоскошлифовальных
станков обычно составляет 1 мкм, что позволяет обеспечивать требуемую геометрическую и размерную точность.
Круглошлифовальные станки с ЧПУ имеют две основные программно-управляемые оси перемещения (рис. 8.9): Z — поперечной
подачи шлифовального круга, X — продольной подачи заготовки. Эго позволяет программировать обработку шеек ступенчатых валов методом врезного (рис. 8.10, а) и проходного (рис. 8.10, б) шлифования по любому рабочему циклу; задавать выхаживающую осцилляцию вдоль оси X после врезного шлифования (рис. 8.10, в), программировать обработку торцов (рис. 8.10, г), а при одновременно управляемых осях X и Z шлифовать напроход конические и более сложные поверхности вращения (рис. 8.10, д).
В круглошлифовальных станках с ЧПУ может быть предусмотрено и большее количество координатных осей. Например, для обра-
ботки кулачков и копиров, а также для фиксации углового положения заготовки при наличии шлицев или пазов вводится ось С вращательного движения заготовки (см. рис. 8.9). В универсальных станках для возможности программирования обработки конусов часто предусматривается координатная ось поворота стола.
Торцекруглошлифовальные станки с ЧПУ могут иметь до девяти координатных осей (рис. 8.11) — три основные (А Z и С) и шесть вспомогательных установочных координат позиционирования: в — поворота стола для обработки конуса, Y — оси приборов активного контроля, W — перемещения прибора осевой ориентации круга относительно заготовки при обработке ступенчатых валов,
U — смещения задней бабки для корректировки цилннд — ричности обрабатываемой заготовки.
Правка кругов также осуществляется по программе, что позволяет поддерживать любой заданный профиль круга.
На таких станках программируют обработку галтелей с различными радиусами
(рис. 8.12, а), шлифование торцов (рис. 8.12, б), одновременную обработку цилиндрических и торцевых поверхностей (рнс. 8.12, в, 8.12, г), врезное шлифование фасонных поверхностей (рис. 8.12, д) и другие операции.
Возможность задавать программой последовательность обработки ступеней вала позволяет оптимизировать рабочий цикл и повысить точность обработанной детали например, при программировании шлифования с промежуточным отскоком после чернового шлифования для снятия упругих отжатий в системе станок— приспособление — инструмент — деталь.
Наличие на универсальном станке с ЧПУ программно управляемой вну — тришлифовальной головки позволяет значительно расширить технологические возможности станка за счет возможности одно — Рис. 8.13. Программируемые оси перемеще — временного шлифования ннй на виутришлифовальном станке с ЧПУ наружных и внутренних
поверхностей.
Внутришлифовальные станки с ЧПУ также могут иметь одну, две или более управляемых координатных осей. Как и в случае круглого наружного шлифования, основными осями являются (рис. 8.13): Z — поперечная подача, X —- продольная подача.
г) 6) е;
Рис 8.14. Схемы обработки на внутришли — Рис. 8.15. Программируемые фовальиом стайке с ЧПУ оси перемещений на заточном
станке с ЧПУ
Часто для удобства программирования условно вводится координата X’ (совпадающая по направлению с X), задающая продольное перемещение шлифовального круга. Наличие этих осей позволяет программировать все основные схемы шлифования внутришлифо — вального станка: сквозного цилиндрического отверстия (рис. 8.14, а); глухого цилиндрического отверстия (рис. 8.14, б), внутренней торцевой поверхности (рис. 8.14, в), фаски отверстия (рис. 8.14, г), конического отверстия (рис. 8.14, д), наружной торцевой поверхности (рис. 8.14, е) и др.
На внутришлифовальных станках с ЧПУ также предусмотрена программируемая правка круга, что в условиях повышенного износа и затупления инструмента особенно эффективно.
Заточные станки с ЧПУ должны обеспечивать сложные движения абразивного инструмента относительно заготовки, как правило, при одновременном перемещении по всем трем координатам: X, Z и Y (рис. 8.15). На этих станках шлифуются изделия, имеющие прямые и винтовые канавки, прямые и конические режущие инструменты, фасонные фрезы и т. п., поэтому, как правило, предусматривается и дополнительная координата С — угловое положение шпинделя изделия.
Из станков шлифовальной группы заточные станки должны обеспечивать наиболее сложное по траектории движение инструмента относительно заготовки, с часто меняющейся конфигурацией. Поэтому преимущества ЧПУ именно на заточных станках наиболее ощутимы. Рис. 8.16. Фреза (а) и программируемые
Для иллюстрации на перемещения шлифовального круга и зато — рис. 8.16, а показана фре — товкн — необходимые для ее заточки (б)
за, а на рис. 8.16, 6 — необходимые для заточки этой фрезы перемещения шлифовального круга и заготовки, которые задаются программно.
В современных заточных станках с ЧПУ может быть предусмотрено также вращение шпинделей изделия и шлифовального круга вокруг вертикальной и горизонтальной осей и даже возможность программировать смену шлифовальных кругов, установленных на специальной револьверной головке.
Такой станок, осуществляющий комплексную обработку сложных изделий несколькими инструментами, называется обрабатывающим центром.
Учебно-производственное задание по теме
«Шлифовальные станки с ЧПУ»
Дайте ответы на следующие вопросы:
1. Какие движения рабочих органов шлифовальных станков могут задаваться программой?
2. Чем отличается станок мод. ЗМ151Ф1 от мод. ЗМ151Ф2?
3. Обработку каких поверхностей можно осуществить на плоскошлифовальном станке с ЧПУ, имеющем следующие программируемые оси: X и Z; X и К; Y и Z; X, Z и Y?
4. Как осуществляется обработка криволинейных поверхностей на плоскошлифовальных станках с ЧПУ?
5. Для шлифования каких деталей на круглошлифовальных станках с ЧПУ необходимо наличие дополнительной программируемой — оси С?
6. Составьте алгоритм (последовательность) перемещений стола и круга (оси X и Y) при обработке поверхностей, показанных на рис. 8.14; на рис. 8.16, б?
7. Что называется обрабатывающим центром?
8. На рис. 8.25 и 8.26 показан пример обработки кулачка на станке с ЧПУ, когда все перемещения инструмента и заготовки задаются программой? В чем преимущества и недостатки для этого станка с ЧПУ по сравнению с обычным станком с ручной настройкой? Рассмотрите три случая: условия массового производства, условия серийного производства, условия индивидуального производства. Сделайте вывод о целесообразности применения ЧПУ в каждом из этих случаев.