Суппорты и головки автоматизированных станков

Суппорты и другие узлы автоматов и полуавтоматов, несущие режущие инструменты, подразделяются в зависимости от вида обработки, требуемой точности обрабатываемых поверхностей, расположения их по отношению к заготовке, кинематики движений и конструкции. Обычно к этой группе относятся также агрегатные узлы, несущие инструмент. Ввиду чрезвычайного многообразия узлов дать рекомендации по их расчету и конструированию, пригодные для всех случаев проектирования высокоавтоматизированных станков, невозможно.

Общими требованиями являются повышенная жесткость и износостойкость по сравнению с теми же показателями для других станков, а также возможность самостоятельной настройки каждого из узлов, независимо от их количества в автомате или полуавтомате.

К суппортам и другим узлам, несущим режущий инструмент, предъявляются также высокие требования в отношении надежности и стабильности их работы и быстрой наладки.

В части общей компоновки, кинематики движений, конструкции и облегчения кинематической и технологической наладки наиболее разработанными являются самодействующие узлы агрегатных станков для токарного, сверлильного, расточного, фрезерного, шлифовального видов обработки. Если производится обработка точных и чистых поверхностей, в конце рабочего хода обычно применяют «выдержку» в течение некоторого времени (при токарной обработке твердосплавными резцами от «выдержки» приходится отказываться, так как она ведет к резкому увеличению износа режущей кромки). Эти циклы осуществляются теми же средствами, что и в обычных станках.

Регулирование подачи и хода суппортов может производиться механическими, гидравлическими и электрическими средствами или комбинированием их.

К системам регулирования подачи и хода суппортов предъявляются следующие требования: равномерность подачи (если не задан другой закон движения), точность длины хода, постоянное крайнее рабочее положение, возможность быстрого регулирования точки перехода с быстрого подвода на рабочую подачу, возможность быстрого регулирования подачи в диапазоне 6—10, сохранение приблизительно постоянной скорости быстрого подвода и отвода при изменении длины и скорости рабочей подачи, жесткость механизма и сравнительная простота конструкции.

Механический способ регулирования может иметь следующие варианты: переменная скорость вращения постоянного кулачка, переменное соотношение плеч передаточных механизмов от кулачка к узлу, осуществление суммарного перемещения сочетанием двух движений, из которых одно регулируется (копировальный метод), осуществление движения от устанавливаемого клина, переменная скорость в передаче (винт — гайка или зубчатое колесо — рейка).

Переменная скорость вращения постоянного кулачка используется довольно часто. Изменение числа оборотов вала, на котором сидит кулачок, производится обычно при помощи сменных колес. По этому принципу регулируется подача в вертикальных многошпиндельных станках. Преимущество принципа состоит в простоте, жесткости, надежности и в том, что начало и конец хода остаются постоянными независимо от настройки подачи. Благодаря тому, что быстрое вращение сообщается барабану от самостоятельной кинематической цепи, участки рабочей кривой, не используемые в данной наладке, могут пробегаться на большой скорости. Вследствие этого потери, связанные с постоянной величиной хода, невелики.

Этот способ регулирования скорости подачи может с успехом применяться только в случае, если каждый кулачок имеет индивидуальный привод с необходимой настройкой.

Метод регулирования подачи изменением соотношения плеч в передаточных механизмах в большинстве вариантов имеет существенные недостатки: изменение скорости перемещения связано с изменением длины хода, начальное и конечное положения перемещаемого узла также изменяются. Поэтому в каждом случае приходится производить дополнительную наладку, по крайней мере, конечного положения, от которого зависят размеры обрабатываемой детали. Кроме того, такие конструкции недостаточно жестки, что отражается на точности обработки или ограничивает режим резания.

В передаточных механизмах с угловыми рычагами регулирование отношения плеч иногда увеличивает неравномерность движения. При большей ускорительной передаче от кривой с небольшим подъемом неравномерность движения достигает недопустимой величины.

Общим недостатком регулируемых механизмов, основанных на принципе устанавливаемого клина (или плоской кривой) на суппорте и переставного ролика на кулачковом барабане, являются трудность осуществления быстрого подвода и изменение угла рабочего вращения барабана при изменении длины рабочего хода суппорта.

Для регулирования больших перемещений все описанные механизмы не могут быть применены, так как звенья приобретают слишком большие размеры. Регулирование длины хода и подачи в этом случае производится настройкой числа оборотов и моментов переключения кинематической цепи, приводящей в движение передачи винт — гайка или зубчатое колесо — рейка. Такая система делает независимой подачу от длины хода и позволяет изменять точку переключения быстрого подвода на рабочую подачу. Наряду с указанными преимуществами эти варианты имеют и недостатки: большое количество муфт, переключающих элементов и рычагов, а также сравнительно большие габариты и трудность получения достаточной скорости быстрого хода.

Электромеханические системы регулирования подачи и длины хода основаны на изменении угловой скорости вращения распределительных валов с кулачками, или одного из звеньев кинематической пары винт-гайка, или реечного зубчатого колеса. Преимуществом электрического привода является плавное бесступенчатое регулирование в большом диапазоне. Кроме того, настройка значительно упрощается. Она может быть осуществлена электрической аппаратурой очень быстро.

Гидромеханические системы регулирования, состоящие из гидродвигателя, редуктора, винта и гайки, или гидродвигателя, редуктора, зубчатого колеса и рейки, получили небольшое распространение.

Значительно большее распространение получили системы гидравлического привода, в которых применяются не гидродвигатели вращательного движения, а гидравлические цилиндры. В этом случае каждый суппорт может быть связан со штоком гидравлического цилиндра непосредственно или через дополнительные механические передачи. Первый вариант обеспечивает большую жесткость системы при более простой конструкции передачи. Второй вариант привода применяется преимущественно в тех случаях, когда необходимо иметь более мелкие минутные подачи, чем те, которые может обеспечить непосредственно гидравлический цилиндр. В этом случае передаточное отношение от цилиндра к суппорту делается понижающим; в качестве передаточных механизмов применяются главным образом рычаги.

Существуют также системы гидромеханического регулирования, которые основаны на тех же принципах, что и гидравлические устройства для копирования профиля, — следящие системы. В этом случае подача фактически осуществляется не непрерывно, а с очень короткими остановками. Преимуществом этой системы является высокая точность, а также возможность быстрой наладки и отсутствие больших усилий на копирах, которые служат лишь для управления.

Самодействующие суппорты и силовые головки являются комплексными агрегатами для поступательного движения инструментов. Самодействующие узлы могут иметь подвижные салазки или каретки (применяются для больших нагрузок и перемещений) или выполняются с подвижной гильзой или ползуном (используются при небольших нагрузках и для перемещений до 300 мм).

Привод подачи самодействующих суппортов и силовых головок осуществляется: «термодинамически» - при ходе до 1-2 мм, плоским кулачком - при ходе до 150 мм, цилиндрическим кулачком - при ходе до 300 мм, винтом-гайкой или (реже) зубчатым колесом-рейкой, поршневым двигателем - при ходе до 1500 мм, или комбинированием этих способов.

Конструктивные характеристики силовых головок в советском станкостроении построены с учетом принятого ряда ширины плоских направляющих.

Силовые головки с плоским кулачком применяются в основном для одношпиндельного, реже многошпиндельного сверления, зенкерования, развертывания и нарезания резьб при продолжительности цикла 6—50 сек. Синхронизация работы этих силовых головок осуществляется электрическими, механическими или пневматическими органами управления. Настройка продолжительности цикла производится сменными колесами.

Для резьбонарезания необходимо использование реверсивного движения электродвигателя.

Силовые головки с цилиндрическим кулачком предназначаются для тех же работ, что и с плоским кулачком, но для больших перемещений.

Силовые головки с винтовым приводом подачи применяются для самых разнообразных видов обработки, в первую очередь - для резьбонарезания и фрезерования, реже для сверления и растачивания. В резьбонарезных головках привод вращения шпинделей и подачи кинематически связан и осуществляется от одного электродвигателя через ходовую гайку при неподвижном винте. Если по условиям обработки требуется быстрый подвод и отвод, он осуществляется отдельным электродвигателем, который через зубчатые передачи вращает дополнительно винт.

Гидравлические силовые головки могут применяться для любых видов обработки, включая и шлифовально-притирочные. Путем использования гидравлических схем с одним или двумя насосами. Силовые головки с пневмоприводом и гидравлическим регулированием подачи имеют малые габариты, не требуют больших объемов масла, просты по конструкции и управлению. Однако их применение ограничено необходимостью иметь сеть сжатого воздуха.

Силовые головки с «термодинамической» подачей основаны на использовании для получения непрерывной медленной плавной подачи свойства металла удлиняться при нагревании и сокращаться при охлаждении. Такие головки применяются для шлифовальных работ и обеспечивают перемещения до 1 мм в мин. Термодинамическая подача осуществляется путем электрического нагрева латунной трубы, которая одним концом соединена с головкой шлифовального круга, а другим — с салазками.