Система управления шлифовальным станком. Шлифовальные станки с чпу. Выбор электрооборудования станка

Различаются шлифовальные станки с ЧПУ от устройств, имеющих ручное управление тем, что обеспечение производительности работ на станке с ЧПУ часто не зависит от самого процесса шлифования. Оно в большей степени зависит от уменьшения времени, затраченного на обработку металла и запрограммированного автоматического управления процессом шлифовальных работ.

Шлифовальные станки с ЧПУ подходят, как правило, для окончательного чистового обрабатывания поверхностей деталей различными абразивами, алмазными кругами. Такая обработка производится путем снимания верхних слоев металла, чтобы придать поверхностям наилучшую чистоту.

Такими шлифовальными устройствами производятся следующие операции:

обдирка;
разрезание;
отрезка заготовок;
точное обрабатывание вращательных поверхностей, зубчатых колес, заточку различных инструментов.

О типах шлифовальных устройств

Обычно системы с числовым запрограммированным управлением устанавливают на устройства такого типа:

плоско-шлифовальные для обрабатывания обычных плоскостей;
кругло-шлифовальные устройства, для шлифовки коленчатых валов;
внутришлифовальные станки для профильной шлифовки отверстий;
точильно-шлифовальные, для затачивания инструментов станочного и ручного типа, зачистки деталей, обработки сварных или простых конструкций;
контурно-шлифовальные;
заточные, для слесарных работ, типа снятия фасок, заусенцев, затачивания любых инструментов, вплоть до заточки фрез разного вида и сверл;
бесцентрово-шлифовальные виды устройств, для врезной и непрерывно-сквозной шлифовки.

О технических особенностях некоторых устройств с ЧПУ

Изготовление подобных станков для работ по шлифовке бывает связано с определенными сложностями, которые характеризуются такими техническими факторами:

с одного боку, необходимо добиваться хорошего качества и довольно высокой точности шлифовальных работ, с наименьшим рассеиванием по размерам кругов;
с другого, необходимо учитывать погрешность в точных размерах шлифовального рабочего круга, зависимые от его износа.

В таких случаях требуется, чтобы на подобном шлифовальном станке ЧПУ, имелись специальные механизмы для автоматического компенсирования изнашиваемости этого инструмента. Подобные механизмы призваны компенсировать (возместить):

некоторую деформацию;
небольшую погрешность в температурном режиме;
изменения в припусках, допустимых на обрабатываемых заготовках;
любые погрешности станочных приспособлений по заданным координатам.

Важно. Для таких кругло-шлифовальных типов устройств, к примеру, эти механизмы могут обеспечить постоянную возможность измерения размера заготовки по диаметру во время ее обработки. Причем погрешность в измерении не превысит больше 2·10 -5 мм. Продольное же перемещение такого стола контролируется, имея погрешность всего 0.1 мм.

Обычно для шлифовочного типа устройств употребляют специальные системы CNC (от англ. ЧПУ), управление которыми реализовывается по ординатам от 3 до 4. А если в станках задействовано несколько шлифовочных кругов, то такое управление будет производиться по 5-6-8 разным ординатам. Причем взаимодействие оператора со встроенной системой ЧПУ часто производится в режиме диалога при помощи дисплея. К тому же для повышения надежности такие системы обустраиваются специальными диагностическими модулями.

О системах ЧПУ

С целью корректного управления механизмами для правки в станках употребляются такие программные системы, которые:

являются замкнутыми для компенсирования температурных деформаций и геометрических неточностей;
имеют возможность измерения с хорошей разрешающей способностью, для обеспечения небольших допусков на точное позиционирование;
имеют возможность автоматической компенсации изнашиваемости круга;
смогут управлять частотой кругового вращения, скоростью подач.

При управлении подобными системами ЧПУ возможно координировать функционирование многокоординатных бесцентрово-кругло-шлифовочных устройств. Для этого встроенной системой употребляются специальные модули, рассчитывающие:

любые траектории шлифовочных приспособлений;
необходимые корректировочные действия;
взаимосогласованный диалог оператора с обслуживающим устройством.

Важно. Существование многокоординатных систем ЧПУ придает больше универсальности этим производственным устройствам, позволяет эффективно воздействовать на любые процессы шлифовки.

О кругло-шлифовочных устройствах

В любых шлифовальных станках ЧПУ, наибольший производимый эффект достигается при обработке поверхностей одной установкой специальных многоступенчатых деталей, например:

шпинделей закрепления заготовок;
валов электрических двигателей;
турбинных элементов;
редукторов регулирования вращательных частот.

В таких случаях производительность значительно повышается при снижении дополнительного времени, которое предназначено для:

устанавливания требуемых заготовок и снятия уже обработанных готовых изделий;
переустановки с целью последующего обрабатывания шейки вала;
необходимых измерений.

На этих кругло-шлифовальных числовых станках запрограммированная обработка различных многоступенчатых валов достигает конца при сокращении времени почти в 1,5-2 раза, если сравнивать их со станком обычного управления.

О типах бесцентрово-шлифовальных устройств

Станки этого вида обычно используются для:

обрабатывания различных деталей, любой длины, с большими или маленькими диаметрами;
шлифовки деталей с достаточно сложными внешними профилями.

У этих станков обычно бывает высокая производительность и очень точная обработка. Но, к сожалению, для мелкосерийных и небольших индивидуальных производств их использование затруднительно, так как довольно сложно делать переналадку этих устройств, так как для этого потребуются значительные временные затраты, обслуживающий персонал, имеющий высокую квалификацию.

Такие сложности связаны с технологическими особенностями этих шлифовочных станков, к примеру:

существование в них ведущих, шлифовочных заточных кругов;
наличие специальных правящих устройств, которые обеспечивают придание необходимых конфигураций поверхностям любых кругов (шлифовочного и ведущего вида);
фиксация закрепления опорного вида специальных ножей;
присутствие механизмов для компенсирования подач нужного типа кругов, обрабатывания изделий;
установка требуемого положения для загрузочно-разгрузочных видов устройств.

О торце-кругло-шлифовочных устройствах с ЧПУ

Обычно, в устройствах, управляемых программами, предусматривают большое число координат. К примеру, в шлифовальном приспособлении этого типа может быть до 10 управляемых ординат, из них три основных и минимум шесть вспомогательных для лучшего позиционирования:

осевой ориентации заготовок относительно круга;
смещения бабки заднего типа для корректировки и обработки заготовок;
правки кругов для обеспечения возможности обработки любых профилей;
осей устройства для активного контроля;
лучшего поворота столов для обрабатывания конусов.

Для обработки разного вида геометрических форм изделий шлифовальными станками ЧПУ, установлены специальные программы:

диспетчер выбора режимов;
специальный модуль, управляющий приводом;
определяющий координаты точек интерполятор.

При серийном производстве такие шлифовальные станки с ЧПУ используются с применением программных систем, что дает возможность для гибкой настройки цикла правки, шлифовки, существенно влияет на скорость переналадки станков и обрабатывания самых разных деталей. К тому же такие многокоординатные системы придают больше универсальности станкам, стабильной эффективности управления всеми процессами.

Шлифовальные станки с ЧПУ , сточки зрения обработки металла, выполняют те же виды работ, что и шлифовальный станок с ручным управлением. В станках с ЧПУ применяют тот же режущий инструмент, те же скорости резания, СОЖ и т.д. Повышение производительности и расширение технологических возможностей станков с ЧПУ обеспечиваются не за счет процессов, связанных со съемом металла, а лишь за счет управления и сокращения вспомогательного времени обработки.

Системами ЧПУ оснащают поскошлифовальные, кругло- и бесцентрово-шлифовальные и другие станки. При создании шлифовальных станков с ЧПУ возникают технические трудности, которые объясняются следующими причинами. Процесс шлифования характеризуется, с одной стороны, необходимостью получения высокой точности и качества поверхности при минимальном рассеянии размеров, с другой стороны, - особенностью, заключающейся в быстрой потере размерной точности шлифовального круга вследствие его интенсивного изнашивания в процессе работы. В этом случае в станке необходимы механизмы автоматической компенсации изнашивания шлифовального круга. ЧПУ должно компенсировать деформации системы СИД, темпиратурные погрешности, различия припусков на заготовках, погрешности станка при перемещении по координатам и т.д. Измерительные системы должны иметь высокую разрешающую способность, обеспечивающую жесткие допуски на точность позиционирования. Например, в круглошлифовальных станках такие приборы обеспечивают неприрывное измерение диаметра заготовки в процессе обработки с относительной погрешностью не более 2·10 -5 мм. Контроль продольного перемещения стола осуществляется с погрешностью не более 0,1 мм.

Для шлифовальных станков используют системы типа CNC с управлением по трем-четырем координатам, но в станках, работающих несколькоми кругами, возможно управление по пяти-шести и даже по восьми координатам. Взаимосвязь между оператором и системой ЧПУ (CNC) шлифовального станка в большинстве случаев осуществляется в диалоговом режиме с помощью дисплея. В системе упраления применяются встроенные диагностические системы, повышающие надежность станков.

Наиболее распространены круглошлифовальные станки с ЧПУ , дающие максимальный эффект при обработке с одной установки многоступенчатых деталей типа шпенделей, валов электродвигателей, редукторов, турбин и т.д. Производительность повышается в основном в результате снижения вспомогательного времени на установку заготовки и съем готовой детали, на переустановку для обработки следующей шейки вала, на измерение и т.д. При обработке многоступенчатых валов на круглошлифовальном станке с ЧПУ достигается экономия времени в 1,5-2 раза по сравнению с ручным управлением.

Бесцентровые круглошлифовальные станки эффективно применяют при обработке деталей малого и большого диаметров без ограничения длины, либо тонкостенных деталей, а также деталей, имеющих сложные наружные профили (поршень, кулак и т.д.). В условиях массового производства эти станки характеризуются высокой производительностью и точностью обработки. В мелкосерийном и индивидуальном производстве приминение таких станков ограничено из-за трудоемкости переналадки. Расширение областей приминения сдерживают два фактора: большие затраты времени на правку кругов и сложность наладки станка, что требует значительных затрат времени и высокой квалификации персонала. Это объясняется тем, сто в конструкции этих станков существуют шлифовальный и ведущий круги; устройства правки, обеспечивающие придание соответствующей формы поверхностям шлифовального и ведущего кругов; возможность установки положения опорного ножа; механизмы компенсационных подач шлифовального круга на обрабатываемую деталь и на правку, а также ведущего круга на деталь и правку; установка положения загрузочного и разгрузочного устройств.

Приминение систем ЧПУ позволило управлять многокоординатным функционированием бесцентровых круглошлифовальных станков . В системе управления станком используют программные модули, которые рассчитывают траектории инструмента (круга, алмаза), его коррекцию и взаимодействие с человеком. Для обработки деталей с различными геометрическими формами (конус, шар и др.) создается програмное обеспечение: диспетчер режимов, интерполятор и модуль управления приводами.

При обработке и правке число сочетаемых управляемых координат может доходить до 19, в том числе по две-три координаты отдельно для правки шлифовального и ведущего кругов.

В условиях серийного производства приминение систем ЧПУ обеспечивает гибкое построение цикла шлифования и правки, что позволяет быстро переналаживать станки на обработку других изделий.

Наличие многокоординатной системы ЧПУ обеспечивает большую универсальность станка, малые величины подачи кругов, что позволяет эффективно управлять процессами шлифования и правки.

Системы ЧПУ бесцентровых круглошлифовальных станков строится по агрегатному принципу (например. на станках японских фирм). На станке возможна установка любого из четырех вариантов управления станком от системы ЧПУ:

одна управляемая координата-поперечная подача шлифовального круга;
две управляемые координаты-поперечная подача шлифовального круга и правящего аламаза в целях их синхронизации;
три управляемые координаты-поперечная подача шлифовального круга, а также поперечная и продольная подача алмаза при его правке;
пять управляемых координат-поперечная подача шлифовального круга, а каже поперечная и продольная подача алмазов при правке шлифовального и ведущего кругов.

Использование СЧПУ для управления бесцентровыми круглошлифовальными станками позволяет существенно упростить конструкцию ряда механических узлов: устройств правки (в результате отказа от копирных линеек, механизмов подачи алмазов и т.д.), приводов продольного перемещения устройств правки, механизмов тонкой подачи шлифовального и ведущего кругов, контрольных и контрольно-подналадочных устройств и др.

Круглошлифовальный полуавтомат 3М151Ф2 с ЧПУ.

Плоскошлифовальный станок 3Е711ВФЗ-1 с ЧПУ профилирования круга.

Существует огромное количество технологических процессов, выполнение которых позволяет получить деталь с необходимыми размерами, формой и качеством поверхности. На протяжении многих лет заводы по обработке металла использовали специальные устройства, которые называют станками. Существует несколько технологических процессов, среди которых отметим обработку шлифованием. Шлифованием можно изменить механическим воздействием качество поверхности, а также ее форму. За многие годы развития сферы обработки металла появилось довольно много разновидностей оборудования, каждый из них имеет особую схему работы, что отражается на чертеже.

Предназначение оборудования

Шлифовальный станок – устройство, которое используется для обработки различных изделий из металла, древесины, пластика и другого материала. Несколько десятилетий назад оборудование создавали для обработки с малой точностью, технически конструкция не позволяла доводить размеры деталей до высокой точности, но все же характеристики, которыми обладает шлифовальный станок, давали возможно проводит финишную отделку.

Использовать шлифовальный станок можно для решения следующих технологических задач:

Изменения формы поверхности цилиндрической, квадратной и иной заготовки. Шлифовальное оборудование в зависимости от абразивного материала может использоваться для обработки различного металла, можно провести снятие относительно небольшого слоя материала.
Изменения шероховатости поверхности – основное предназначение, для которого создавался шлифовальный станок. Устройство может снимать десятки миллиметров металла или другого материала.
В некоторых случаях шлифовальный станок используется для проведения заточки. Это связано с тем, что устройство используется для снятия металла, если правильно расположить режущую кромку, то есть возможность провести заточку.

Достигнуть результата при использовании ручных инструментов, как если использовать шлифовальное оборудование, практически невозможно. Производительность также очень велика, существует как домашний, так и промышленный вариант исполнения. Эксплуатация устройства требует технического обслуживания, что также следует учитывать.

Классификация

Как ранее было отмечено, существует довольно много чертежей и схем, по которым производят шлифовальный станок. Это связано с тем, что форма и размеры деталей определяют то, как будет проводиться обработка, и какой вид будет иметь шпиндель, станина шлифовальное оборудование.

По типу установки можно провести следующую классификацию:

Настольный. Современные чертежи и схемы настольных станков определяют то, что они могут использоваться в быту. При этом техническое обслуживание не принесет много проблем, электропотребление незначительно, управление не составляет особого труда. Однако настольный вариант исполнения имеет меньшую производительность, а также функциональность.
Современный промышленный вариант исполнения имеет высокую производительность, схема и чертежи модели определяют то, что модели имеют компактные габаритные размеры. Технически они совершеннее тех моделей, которые производились на заводах в прошлом тысячелетии.
Шлифовальный станок, произведенный на заводах Советского Союза, также еще часто встречается в цехах. Их чертежи и схемы изучаются в учебных заведениях при получении соответствующей квалификации. Однако техническое обслуживание подобного оборудования значительно усложняется, так как необходимых инструментов и деталей уже не производят.

По предназначению можно выделить следующие группы:

Круглошлифовальные – наиболее распространенные модели, которые используются для обработки цилиндрических и конических деталей. Подобные станки разделяются на несколько групп по классу точности. Производятся они с середины 90-х годов. Некоторые модели производились для заготовок с высоким диаметральным и линейным размером.
Внутришлифовальные модели получили меньшее распространение, но все часто используются на металлообрабатывающих заводах. Внутришлифовальные станки могут быть бытового и промышленного предназначения, их производительность зависит от оснастки и степени автоматизации процесса обработки. Использовать внутришлифовальные модели для изменения цилиндрических внутренних поверхностей, отверстий различной формы. Оснастка в значительной степени может изменить технические характеристики внутришлифовального станка.
Плоскошлифовальная группа имеет схему, которая позволяет проводить работу по доведения шероховатости и размеров плоских и сопряженных поверхностей до нужных значений. Шпиндель в этом случае расположен так, что шлифовальный станок может применяться для осуществления работы, связанной с плоской поверхностью.
Бесцентрошлифовальная группа крупносерийном производстве. Схема и чертеж, которые характерны подобной группе, обуславливают упрощение процесса обслуживания, а также технические характеристики позволяют автоматизировать процесс, повысить производительность.
Хонингование – процесс доведения размеров поверхности до высокой точности, когда отклонение составляет всего несколько долей миллиметра. Схема расположения всех элементов конструкции, которой обладает шлифовальный станок этой группы, позволяет проводить обработку как цилиндрических, так и плоских поверхностей. При помощи ручных инструментов достигнуть подобного результата невозможно, управление позволяет изменять характеристики обработки в зависимости от поставленной задачи.

При этом круглошлифовальные варианты исполнения можно разделить на следующие группы:

универсальные станки – могут использоваться для шлифования различных цилиндрических и конических заготовок, характеристики моделей позволяют значительно расширить область применения. Управление универсальным станком может проводиться механически или при помощи автоматизированной системой ЧПУ;
простые модели – шлифовальное оборудование, которое применяется для определенной группы заготовок. Схема и характеристики простых моделей определяет то, что только отдельные группы деталей можно обработать при их использовании. В последнее время станки, относящиеся к этой группе, практически не производятся. Это связано с тем, что их покупка зачастую не обоснована. Часто их производят под заказ при организации массового производства.

Учитывая столь большое распространение круглошлифовальных станков, проведем рассмотрение особенностей конструкции. Управление поворотным рабочим столом, а также характеристика, позволяющая проводить поворот детали, определяет универсальность модели. Схема конструкции имеет шпиндель, который может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Некоторые модели имеют дополнительные шпиндельные бабки, которые позволяют изменять степень шероховатости отверстий различной формы.

Числовое программное управление

ЧПУ на протяжении многих лет разрабатывалось для того, чтобы повысить производительность и упростить задачу, повысить точность получаемых размеров. Чертежи многих деталей имеют размеры с минимальными допусками, использовать ручной инструмент для решения подобной задачи нельзя. Поэтому если чертежи имеют подобные допуски, следует использовать механизированный метод обработки.

Многие проблемы не позволяли использовать числовое программное управление при создании шлифовального станка. Примером можно назвать систему смазки, а также позиционирование шпинделя. Управление при помощи ЧПУ определяет высокоточное позиционирование шпинделя, автоматизацию системы смазки.

Несмотря на огромное количество достоинств системы ЧПУ довольно сложно найти конструкцию с подобной технологией автоматизации. Это связано с тем, что подобное оборудование используются крайне редко в крупносерийном и массовом производстве.

ЧПУ определяет точное позиционирование шпинделя. Однако стоит учитывать, что шпиндель должен позиционироваться с учетом используемой оснастки. Поэтому на чертеже указывается то, какая используется оснастка для шлифовальных станков.

Обслуживание конструкции с ЧПУ значительно усложняется, так как внесение изменений может привести к сбою в работе. Периодически следует проводить наладку оборудования для поддержания точности изменения размеров, качества шероховатости.

Существует довольно много разновидностей системы ЧПУ, которые разделяются по типу используемой программы для описания траектории движения абразивного круга, описания скорости вращения шпинделя и величины подачи.

Охлаждение

Если смазка позволяет продлить срок службы конструкции, то охлаждение – значительно увеличивает срок эксплуатации абразивного материала. Чертежи создаются с учетом того, что во время соприкосновения с абразивным материалом поверхность не будет нагреваться, как и абразивный материал. Для этого шпиндель может иметь систему подачи охлаждающей жидкости. Бытовые модели имеют ванну с водой, которая также будет охлаждать зону обработки.

Обслуживание системы охлаждения заключается в необходимости постоянного пополнения резервуара с охлаждающей жидкостью.

В заключение отметим, что существует довольно много современных моделей, которые имеют высокую производительность, простоту в использовании, а также многофункциональность. Многие из них подходят для бытового и промышленного использования.

Качество обработки шлифованием в большой степени определяется степенью соответствия реальных параметров процесса оптимальным. По причине износа и правок шлифовального круга его диаметр изменяется, что вызывает изменение скорости резания и нарушение оптимальных условий обработки. Для стабилизации скорости резания на оптимальном уровне независимо от величины износа шлифовального круга и предназначена данная САУ.

Шлифовальный круг 1 установлен на шпинделе инструментальной бабки 2, имеющей устройство правки с правящим инструментом 3. Суппорт 4 правящего устройства связан с потенциометром 5, выполняющий функции преобразователя перемещения. Двигатель 6 главного движения является регулируемым двигателем постоянного тока и имеет тахогенератор7. Тиристорный преобразователь 8 предназначен для питания двигателя 6. В САУ входят также сравнивающее устройство 9, суммирующее устройство 10 и усилитель 11.

При работе САУ на вход суммирующего устройства 10 подается задающий сигнал в виде напряжения U о. С потенциометра 5 поступает на другой вход устройства 10 сигнал U, пропорциональный величине износа шлифовального круга 1. Суммарный сигнал через усилитель 11 подается на вход этого устройства, поступает сигал обратной связи тахогенератора 7, а напряжение ошибки поступает на вход тиристорного преобразователя 8 питания двигателя 6.

Во время правки круга 1 увеличивается напряжение , увеличивается ошибка, вырабатываемая сравнивающим устройством 9. В результате усиливается напряжение тиристорного преобразователя 8 и повышается угловая скорость двигателя 6 так, чтобы скорость резания соответствовала заданной. При повышении скорости двигателя увеличивается напряжение на выходе тахогенератора 7 и ошибка САУ уменьшится до порога чувствительности. Угловая скорость шлифовального круга стабилизируется на новом уровне и, таким образом, скорость резания остается постоянной.

7. Система автоматического управления гидросуппортом токарного станка.

Гидравлические копировальные устройства, применяемые на токарных станках, предназначены для автоматизации процесса обработки сложных фасонных поверхностей деталей машин, имеющих, как правило, круглое поперечное сечение.

О
брабатываемая деталь 1 установлена в патроне 2 в заднем центре токарного станка. Резец 4 закреплен в резцедержателе каретки 5, связанной со штоком цилиндра 6 и расположенной на направляющих суппорта 7. С копиром 8 взаимодействует щуп 9 однокромочного золотника 10. Полости А и В цилиндра 6 соединены между собой постоянным дросселем 11.

При обработке детали 1 сообщается вращение для создания скорости резания, в суппорте 7 – движение продольной подачи. Рабочая жидкость под давлением проводиться в полость А цилиндра и через постоянный дроссель 11 попадает в полость В, откуда через щель золотника 10 на слив. На схеме видно, что величина давления в полости Б определяется открытием щели золотника 10 и величиной проводимости постоянного дросселя 11.

В нейтральном положении (при неподвижном гидросуппорте) давление в полостях А и Б таково, что поддерживается равновесие цилиндра 6.

P A F A =P Б F Б

При прохождении щупа 9 по копиру 8 изменяется осевое открытие щели золотника 10, а следовательно и давление полости Б. цилиндр 6 перемещается и перемещает корпус золотника 10. Это перемещение происходит до тех пор, пока вновь не установится равновесное состояние. Таким образом, цилиндр 6 с резцом 4 полностью отрабатывает перемещение, заданное копиром 8 и на заготовке 1 формируется заданная поверхность.

В САУ гидросуппорта в качестве объекта управления входит процесс в замкнутой технологической системе станка.

Понравилась статья? Поделитесь ей

Распечатать статью