РАЗВИТИЕ И МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА.

THE DEVELOPMENT AND THE MODERNIZATION OF THE MANAGEMENT SYSTEM

Andrey Panov

Student, Department of Automation and Industrial Electronics, Russian State University A.N. Kosygin,

Russia, Moscow

Svetlana Zakharkina

scientific advisor, Candidate of Technical, associate professor, Russian State University A.N. Kosygin,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В работе рассматривается советский станок, выпущенный в 40-х годах. Несмотря на то, что этот станок имеет почтенный возраст, он все ещё востребован на производстве. Кроме того, приведены основные этапы токарной обработки детали, сделан краткий обзор универсального токарно-карусельного станка и его аналогов. Произведён анализ ряда патентов и научных статей по токарно-карусельным станкам, используемых на крупных станкостроительных, машиностроительных производствах. Рассмотрена технология числового программного управления и его принцип работы.

ABSTRACT

The article clear with the machine made in the 1940. Although this machine has an honorary age. It is still in demand in production. In addition, the main points of turning a part were considered, a brief overview of the universal vertical lathe machine and its analogues was made. An analysis of a number of patents and scientific articles on turning and vertical lathe used in large machine tool and machine-building industries has been made. The technology of numerical program control and its principle of operational are considered.

Ключевые слова: токарная обработка, заготовка (деталь), токарно-карусельный станок, система ЧПУ.

Keywords: turning process, workpiece (part), vertical lathe, СNC system.

В XXI веке широко используется современная техника для токарной обработки, но прежде чем прийти к сегодняшнему результату они, станки, прошли огромный путь от самого простого токарного оборудования до автоматизированного станка, который практически не требует вмешательства человека в работе над деталью, но обо всем по порядку.

Токарная обработка – это форма механической обработки, процесс удаления материала, который используется для создания вращающихся деталей путем вырезания нежелательного материала.

Заготовка представляет собой кусок предварительно заготовленного материала, который крепится к крепежному приспособлению, после закрепится к токарной машине и имеет возможность вращаться с большими скоростями. [6]

Инструменты, которые используют для того, чтобы выполнить эти работы, выступают в качестве режущих инструментов. Когда проводится работа на станке, осуществляется применение резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков, плашек, разнообразных головок и так далее. Резание характеризуется сходством с расклиниванием.

Материал обрабатывается в результате того, что удаляется припуск и превращается в стружку, что является резанием металла. Для успешной работы требуется соблюдение непрерывного и быстрого процесса резания. Достижение формы в обрабатываемом изделии осуществляется посредством того, что инструмент и заготовка находятся в движении, тогда как инструмент имеет определенную геометрию. Для припуска характерно выступать в качестве слоя металла, которые срезается, когда обрабатывается деталь. Основные виды станков обработки деталей изображены на рисунке 1.

Рисунок 1. Токарные станки

Пояснение к рисунку 1: а – токарно-винторезный станок, б – токарноревольверный, в – лоботокарный, г – токарно-карусельный станок. [2]

Токарно-карусельный станок предназначен для обработки деталей, которые имеют крупногабаритные диаметральные или линейные размеры, а также обладающие большой массой. Станок является основой для создания разного рода модификации, которые используется не только на территории России, но и за рубежом благодаря высокой надёжности, технологичности и универсальности станка (рисунок 2). [1]

Рисунок 2. Общий вид токарно-карусельного станка

Структура токарного карусельного станка характеризуется столом с планшайбой и приводом, с помощью которого планшайба вращается. Задача станка – не обрабатывать полые заготовки во внутренней и наружной части в одно время. В результате того, что присутствует ступенчатая передача, не осуществляется плавная смена частоты, с которой вращается планшайба, когда плавно изменяется диаметр детали, находящейся под обработкой.

Достижение технического результата осуществляется в результате того, что с наличием планшайбы, оборудование имеет телескопические направляющие и суппорт, у которого поперечные направляющие, резцедержатель со шлифовальной или режущей головками – автономный привод. Привод выполнен в виде плоских кольцевых: статора и ротора. [3]

Основным рабочим органом оборудования является планшайба, на которой крепится изделие. Диаметр планшайбы 1120 мм. С помощью крутящего момента от электродвигателя через клиноременную передачу, соединенная с коробкой скоростей, осуществляется вращение планшайбы. В коробке скоростей происходит преобразование частоты вращения двигателя и крутящего момента с помощью 8 электромагнитных муфт. Различные комбинации муфт осуществляют вращение планшайбы 18-тью разными скоростями в пределах от 5 до 250 об/мин.

За осуществление подачи отвечает коробка подач станка. Её конструкция как для бокового, так и для вертикального приводов будет одинакова. От коробки скоростей через вертикальный шлицевой вал осуществляется передача крутящего момента к коробке передач.

Станок имеет два суппорта – вертикальный и боковой суппорт. На вертикальном суппорте расположена пятипозиционная револьверная голова, способная фиксироваться в каждом из положений, имея диаметр в отверстиях d=70мм. Дополнительный привод отвечает за вращения головы.

Наибольшее горизонтальное и вертикальное перемещение вертикального суппорта составляет 775 мм и 700 мм соответственно. Боковой (горизонтальный) суппорт имеет четырехпозиционный резцедержатель. Наибольшее горизонтальное и вертикальное перемещение суппорта 630 и 1000 мм соответственно. мм. Поперечина станка способна перемещаться на расстоянии до 660 мм, развивая скорость до 400 об/мин.

Несущая система – основание для станка. На несущую систему крепятся все узлы и органы управления станка. Служит для поглощения вибраций в процессе работы станка. [1]

Станки подобного плана используются и по сегодняшний день. Конечно, система их управления явно устарела и нуждается в модернизации и усовершенствовании автоматизированной системе управления (АСУ).

Существует альтернатива универсальное станку. Станок может быть оснащен современной автоматикой и управляться с помощью простого контроллера (Siemens, VAGA, Delta-Electronics). Данная система достаточно современная и она может использоваться на производстве, но она не будет полностью автоматизированной по сравнению со станком, имеющим программное числовое управление (ЧПУ).

Преимущества станков с ЧПУ перед универсальным станками: улучшенная автоматизация (уменьшение или полное исключение работы оператора при работе с заготовкой машины); не противоречие и точность исполнения детали (точность повторяемости); гибкость (загрузка и выгрузка программы для работы станка над детьми деталью. Один из видов ЧПУ представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Токарно-карусельный станок с ЧПУ

Главной функцией станка с ЧПУ является автоматическое, точное и последовательно управление движением. Обычно формы оборудования ЧПУ имеют два и более направления движения, называются осями. Они могут быть точно и автоматически расположены вдоль их длины перемещения. Наиболее распространённые типы осей: линейные (ведомые по прямолинейной траектории); поворотные (ведомые по круговой траектории).

В универсальных станках для перемещения по траектории задействуют кривошипы и маховики в отличии от ЧПУ. Станки с числовым программным управлением позволяют управлять движением посредством запрограммированных команд. Тип движения (быстрое, линейное, круговое), оси движения и скорость движения (скорость подачи) программируются почти всеми станками с ЧПУ. В станках с ЧПУ используется две системы координат: прямоугольная и полярная. [3]

Чтобы применять координатно-измерительную машину вне зоны станка с числовым программным управлением, не требуется расчетная информация в большом объеме, что также достаточно для того, чтобы максимально точно обрабатывать детали. Способ учитывает реальное положение системы координат детали со смещением от номинального положения вплоть до 6-ти осей: 3-линейные оси X, Y, Z и 3-поворотные оси А, В, С. Настройка положения вне станка так же позволяет осуществлять настройку и выверку деталей относительно СКС для токарных работ, где требуется жесткое совмещение оси вращения обрабатываемой детали и оси Z СКС. [4]

При работе на станке необходимо знать, что существует абсолютное и инкрементное движение.  Абсолютное движение - это положение относительно нуля программы, а не от текущего положения инструмента. Кроме того, в этом режиме, если в одной команде допущена ошибка движения, неверным будет только одно движение. В инкрементном движение от точки ошибки также будут неверными. Выставление нулевой точки в программе отвечают G92 (G50).

Текущие элементы управления ЧПУ используют формат адреса слова для программирования. То есть, программа состоит из команд, она в свою очередь состоит из слов ЧПУ. Каждое слово имеет буквенный адрес и числовое значение. Адреса букв (X, Y, Z и т.д.) указывает элементу управления тип слова, а числовое значение указывает элементу управления значение слова. [5]

Таким образом токарно-карусельный станок прошел развитие от универсального до станка с ЧПУ, но так как универсальные используются до сих пор, но по своим характеристикам уже не могут выполнять свои задачи из-за устарев. шей автоматики, не стоит от них отказываться. Модернизация станка, а именно, оснащение его системой с ЧПУ потребует гораздо меньше затрат, чем покупка нового. Кроме того, встроенные системы автоматики современных станков являются закрытыми. У технических специалистов на производстве нет доступа к программному обеспечению, нет информации по работе тех или иных блоков, отсутствует возможность замены технический средств из-за защиты производителя. Если будет создана альтернатива ЧПУ на универсальном станке, то этих недостатков можно будет избежать.

Список литературы:

1. Кожевников И.В. Токарно-карусельный станок 12.10.2018 URL: https://tochmeh.ru/info/tokar.php // 12.10.2018 (дата обращения 10.11.2021)
2. Основные сведения о токарной обработке [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://tochmeh.ru/info/tokar.php (дата обращения 10.01.2022)
3. Патент РФ №2492967С1, 20.09.2013. Рогов В.А., Рогова А. В, Никифорова Т.В. Токарно-карусельный станок // Патент России № 2492967С1
4. Патент РФ № 2705051 С1, 01.11.2019 Тукачев Д.В., Черепанов С.В. Способ настройки станка с ЧПУ для обработки сложных контуров поверхностей // Патент России 2705051С1
5. Mr. Lynch The Basic of Computer Numerical Control // CNC Blog 12.09.2019
6. Mr. Turned-Parts What is turning processing // Technology 2019 Mike