Многошпиндельных автоматов

По второму принципу технологический процесс предусматривает концентрацию операций, выполняемых на многошпиндельных автоматах, полуавтоматах, агрегатных, многопозиционных, многорезцовых станках, отдельно на каждом станке или на автоматизированных станках, связанных в одну линию (автоматические линии), производящих одновременно несколько операций при малой за-

Наружные поверхности деталей обрабатываются на многошпиндельных автоматах режущими инструментами, установленными на продольных и поперечных суппортах. Число поперечных суппортов обычно равно числу шпинделей. Кроме главных шпинделей для закрепления обрабатываемых прутков автоматы имеют два или три инструментальных шпинделя, которые вращаются и перемещаются вдоль своей оси. Оси инструментальных шпинделей совпадают с осями главных шпинделей. Инструментальные шпиндели служат обычно для закрепления в них инструментов для обработки отверстий — сверл, метчиков, резьбонарезных самораскрывающихся головок, резцов для наружного обтачивания.

Многошпиндельные автоматы более производительны, чем одно-шпиндельные, но точность обработки на них меньше, чем на одношпин-дельных. Зазоры в поворотном барабане, в котором размещаются шпиндели, а также в делительном механизме создают дополнительные погрешности при обработке. Одношпиндельные автоматы обеспечивают точность обработки на концентричность до 0,02 мм, а для деталей малых диаметров — даже до 0,01 мм, в то время как на многошпиндельных автоматах достигается точность до 0,04 — 0,05 мм.

Это резьбонарезное устройство необходимо потому, что в отличие от одношпиндельных автоматов, где шпиндель имеет обратное вращение, необходимое для вывертывания метчика, в многошпиндельных автоматах такого переключения вращения шпинделей не имеется, а ввертывание и вывертывание метчика происходит за счет ускорения и замед ления его вращения.

ромная вариантность построения технологических процессов, выбора или проектирования конструкций и компоновок машин при решении даже идентичных технологических задач. Так, детали типа втулки (кольца подшипников, шестерни и т. п.) можно обточить на: универсальных токарных станках; токарно-револьверных станках; одно-шпиндельных токарно-револьверных автоматах; одно-шпиндельных многорезцовых полуавтоматах; универсальных горизонтальных многошпиндельных полуавтоматах и автоматах; универсальных вертикальных многошпиндельных автоматах; многошпиндельных специальных автоматах; одпошпипдельных станках-полуавтоматах и автоматах с числовым программным управлением и т. д. Из этих машин можно компоновать поточные автоматизированные, автоматические линии с различными видами межагрегатной связи, по структурным схемам последовательного, параллельного, последовательно-параллельного и другого действия. При этом сравнительный анализ и выбор наивыгоднейшего варианта создания систем машип не могут быть сделаны чисто интуитивно, «по конструктивным соображениям» или путем чисто технических расчетов.

В начале 60-х годов Шаумян все чаще начал приходить к выводу, что при достигнутом уровне технологических процессов, при современных конструкциях станков и инструментов возможности повышения производительности токарного оборудования практически достигли предела. Благодаря внедрению твердосплавного инструмента взамен быстрорежущего были в основном исчерпаны возможности повышения режимов обработки. Дальнейшая дифференциация и концентрация операций и увеличение рабочих позиций автоматов ограничивались надежностью механизмов и устройств. Холостые ходы цикла в многошпиндельных автоматах были доведены до минимума; внедрение инструмента с настройкой на размер вне станка позволило существенно сократить время его смены и регулировки, но и здесь возможности были в основном реализованы. Неизбежно напрашивался вывод о необходимости поиска новых путей, новых методов и процессов токарной обработки, которые позволили бы создавать нетрадиционные конструкции и компоновки станков, обеспечивающих качественно иной, революционный рост их производительности. Таким искомым путем стала идея трансформации углов резания в процессе обработки.

Следующим этапом явилось создание многопозиционных схем обработки попутным точением. В начале 70-х годов по проекту автора на Киевском заводе станков-автоматов был построен первый опытный образец 12-шпиндель-ного автомата попутного точения непрерывного действия, где обрабатываемые изделия закреплялись в шпинделях непрерывно вращающегося ротора, а комплект инструментов располагался неподвижно, рассредоточенный по периферии окружности ротора3. При бесперебойной работе этот автомат за 6 с полностью обрабатывал кольцо (вместо 30—40 с, затрачиваемых на обычных многошпиндельных автоматах последовательного действия).

Токарная обработка гладких втулок диаметром 105 мм, высотой 54 мм, толщиной стенки 2,5 мм (материал — высоколегированный чугун) производится на токарных многошпиндельных автоматах 1А240 и 1265П-8, после чего следует пятикратное последовательное шлифование на пяти бесцентровых станках типа 3184 с ручной подачей заготовок под круг; каждый станок обслуживается оператором (рис. 7.1, а). На первый взгляд, целесообразность создания автоматической линии для шлифования (рис. 7.1, б) сомнений не вызывает: станки работают «на проход» и пригодны для встраивания в линию, имеются надежные и дешевые валковые загрузочные устройства, так что технический риск практически отсутствует.

Известно, что точность изготовляемых на многошпиндельных автоматах и полуавтоматах деталей в значительной степени зависит от точности положений осей шпинделей относительно оси вращения несущего их шпиндельного блока и от точности взаимного положения шпинделей. Погрешность каждого из размеров, определяющих эти положения, не должна превышать 0,01 мм. Решение соответствующих размерных цепей методом полной взаимозаменяемости деталей является чрезвычайно трудоемким. Поэтому при изготовлении многошпиндельных станков размерные цепи предпочитают иногда решать методом подвижного компенсатора. Применение этого метода показано на фиг. 715. Роль компенсатора исполняют шпиндели, перемещаемые во время сборки в плоскости оси вращения блока за счет боковых зазоров между фланцевыми втулками, несущими опоры шпинделей, и стенками отверстий шпиндельного блока.

1 Есть еще один фактор выполнения допусков, который можно назвать мертвой зоной в поле допуска. Речь идет о части допуска, которая уходит на покрытие погрешностей геометрической формы (конусность, овальность и пр.), разности уровней размеров между шпинделями на многошпиндельных автоматах и др. Здесь эти явления не рассматриваются. Но если на операции неизбежна практически постоянная мертвая зона, то при всех расчетах, рассматриваемых в данной книге, ее надо вычесть из заданного чертежом допуска для того, чтобы выделить ту ее часть, которая.остается в распоряжении рабочего.

С переходом на новые режимы резания со скоростью резания свыше 100 м/мин применение сульфофрезола в качестве охлаждающей жидкости как на одношпиндельных, так и на многошпиндельных автоматах и полуавтоматах оказалось практически невозможным. Густая и вязкая жидкость не обеспечивает отвод тепла, образующегося в процессе резания, а перегрев жидкости вызывает интенсивное выделение из нее газа и дыма, что существенно ухудшает условия труда рабочих.

Другим примером диагностирования состояния' механизма по характеру закона изменения его выходных 1т'араметрбв в течение цикла могут служить работы, проведённые в1 ИМАШё по исследованию динамики многошпиндельных Автоматов [6]'. Одним из диагностических сигналов, несущих большую' информацию о состоянии объекта, является запись крутящего (вращающего) момента Мкр на валу распределительного вала автомата.

Рис. 3.7. Диаграмма распределения значений коэффициента технического использования токарных многошпиндельных автоматов, встроенных в автоматические линии

грамма распределения значений коэффициентов технического использования т]тех токарных многошпиндельных автоматов, встроенных в автоматические линии подшипникового производства. Как видно, несмотря на идентичность технологического назначения и конструктивно-компоновочных решений, коэффициенты Т1тех различаются для некоторых объектов в 2 раза. Это обусловлено различием в качестве изготовления, сборки и наладки машин; режимов обработки, технологических наладок и припусков на обработку; квалификации наладчиков и степени их заинтересованности в высопроизводительном использовании оборудования; сроками службы оборудования и качеством проведения планово-предупредительного ремонта и т. д. Поскольку надежность оборудования влияет на производительность и на количество обслуживающих рабочих, отклонения реальных показателей надежности от среднестатистических ожидаемых приводит к значительной разнице проектных и фактических показателей экономического эффекта.

Аналогичный расчет длительности холостых ходов затруднителен, так как конструктивная проработка механизмов загрузки и транспортирования зажима и фиксации детали, ее поворота и др. отсутствует. Однако можно использовать соотношение длительности холостых и рабочих ходов tjtp, которое относительно стабильно. Так, в линиях из токарных многошпиндельных автоматов его можно принимать 0,05 — 0,10, в линиях из агрегатных станков 0,25 — 0,35, в роторных автоматических линиях 1,0 — 1,5, в роторно-конвейерных линиях 0,20 — 0,40, для оборудования с ЧПУ 0,35—0,50.

Для многих типов оборудования со сложившимися конструктивно-компоновочными решениями можно оценивать ожидаемую длительность холостых ходов и в абсолютных значениях. Так, у токарных многошпиндельных автоматов обычно ^х = 2,5 -^4,0, в линиях из агрегатных станков 12 — 20 с, в линиях из гидрокопировальных автоматов 10 — 20 с.

Зазоры в копировальном шпинделе дубликаторов или многошпиндельных автоматов

Ведь килограмм веса токарных станков среднего размера (весом от 1,5 до 3 г) стоит 6—7руб., карусельных станков (весом до 10 т) —9—10 руб., многошпиндельных автоматов и полуавтоматов (весом до 8т) — 10—13 руб., паровых турбин—15—27 руб., экскаваторов — 5—9'руб. и т. д.

При диагностировании муфт, особенно на участках их переключения, а также при оценке работы шпиндельных узлов и качества выполнения рабочих процессов дополнительно регистрировалась мощность, потребляемая электродвигателем, и угловая скорость РВ. Проведено исследование нескольких сотен токарных многошпиндельных автоматов и полуавтоматов отечественного производства и иностранных фирм на различных стадиях их создания и эксплуатации. Это позволило получить необходимые статистические данные для определения эталонных и допустимых значений диагностических параметров, характера их изменения при различных состояниях механизмов и разных моментах инерции, массах и скоростях перемещаемых узлов. В качестве моделей исправных и неисправных состояний выбирались соответственно эталонные осциллограммы, динамограммы дефектов и дефектные карты, которые получают заранее для каждой модели станков. Для измерения крутящих моментов на РВ использовались съемные датчики со встроенными микроусилителями, конструкция которых зависит от диаметра вала, наличия на нем свободных участков и других причин. Регистрация диагностических параметров обычно осуществлялась с помощью светолучевых осциллографов типа К-115 или самописцев типа Н327-3. При диагностировании станков-автоматов допускается погрешность измерений крутящих моментов до 5%, которая существенно зависит" от характеристик вторичной аппаратуры. При выбранном методе диагностирования проводилась оценка контролепригодности конструкции станков автоматов различных моделей, что является важным этапом разработки и внедрения динамических проверок. Это связано с необходимостью быстрого и надежного закрепления датчиков в опре-долонтгых местах проверяемых объектов и подключения измерительной аппаратуры. Как показывает практика, на проверку одного станка затрачивается 10—15 мин. В ошц^иом ото время идет на установку и закрепление па РВ датчика крутящего момента, подключение аппаратуры и зависит от длительности цикла станка.

МНОГОШПИНДЕЛЬНЫХ АВТОМАТОВ

Во всех современных моделях отечественных токарных горизонтальных многошпиндельных автоматов и полуавтоматов для

В заводских условиях выбор регистрируемых параметров и их числа определялся задачами, возникающими при изготовлении и эксплуатации оборудования. Обычно записывались крутящие моменты на РВ совместно с параметрами, определяющими положение звеньев механизмов (угловое ускорение или перемещение блока и рычагов механизма фиксации). В производственных условиях было исследовано свыше 150 токарных многошпиндельных автоматов и полуавтоматов различных моделей отечественного и зарубежного производства.