Раздел 3 3.1 Кинематическая структура станков (стр. 2 )

Наиболее существенным преобразованием в станках с ЧПУ под­верглась структура сложных кинематических групп, имеющих два и более исполнительных органов. Принципиальной особенностью структур сложных групп является то, что каждый исполнительный орган группы имеет свой источник движения, в большинстве случаев позволяющий изменять направление и скорость движения в требуе­мом диапазоне. Двигатели стыкуются с исполнительными органами с помощью соединительных муфт и управляются от устройств числово­го программного управления (УЧПУ).

Условия кинематического согласования перемещений исполни­тельных органов группы осуществляются через внутренние функцио­нальные цепи, включающие в, себя участки механической и немеханической связи, а также источники движения и устройство ЧПУ. Таким образом, внутренняя структурная связь сложных групп станков с ЧПУ является комбинированной. Внешняя структурная связь этих групп частично или полностью совпадает с внутренней, поскольку источники движения располагаются в функциональных це­пях и непосредственно влияют на траекторию образуемого движения, характер которого зависит от управляющей программы УП. Другими словами, кинематическая структура большинства групп в станках с ЧПУ состоит, как правило, только из внутренних функциональных цепей, обеспечивающих качественную и количественную стороны создаваемого ими движения. В этом состоит принципиальное различие кинематических структур сложных групп станков с ЧПУ и тради­ционных станков с механическими связями.

Кроме того, нередко структура кинематических групп усложняется за счет включения в ее состав электрических цепей, обеспечива­ющих обратную связь от исполнительного органа до устройства ЧПУ. Через обратную связь с помощью датчиков обратной связи (ДОС) осуществляется контроль фактического перемещения или скорости исполнительного органа.

На рис. 3.3,г представлена кинематическая структура токарного станка с ЧПУ, обеспечивающая реализацию сложного движения (ВП). Внутренняя структурная связь сложной кинематической груп­пы, создающей движение (В1П2), представляет собой функциональ­ную внутреннюю цепь, состоящую из участков ДОС-УЧПУ-М2 немеханической связи и участков 1(I)-ДОС и М2-2-4(II) механичес­кой связи, т. е. имеющую комбинированный характер. Внешняя струк­турная связь рассматриваемой группы реализуется в виде двух участков механической связи: З(МI)-iАКС-1(I) и М2-2-4(II), причем второй участок располагается во внутренней связи группы.

Для регулирования и настройки параметров любого исполни­тельного движения в станках с механическими связями используют специальные механические устройства, которые в общем случае назы­ваются органами настройки. Органы настройки движения на исход­ную точку и в большинстве случаев на путь на структурных схемах не показывают.

Органы настройки, регулирующие количественные характерис­тики, т. е. изменяющие скорость, направление, путь и исходную точку, располагаются во внешней структурной связи кинематической группы (в цепи между источником движения и звеном внутренней связи груп­пы, в том числе исполнительным органом в простых кинематических группах).

Органы настройки, регулирующие качественную характеристи­ку движения, т. е. его форму траектории, располагаются только во внутренней структурной связи группы. Причем в простых кинема­тических группах, имеющих лишь один исполнительный орган, необ­ходимость в органе настройки на траекторию отсутствует. Это связано с тем, что траектория движения в таких группах по форме неизменна и обеспечивается пространственной связью двух соприкасающихся звеньев исполнительной кинематической пары, одним их которых является сам исполнительный орган, т. е. пространственной связью двух соприкасающихся звеньев пары.

Сложные кинематические группы станков с механическими свя­зями всегда имеют органы настройки движения на траекторию и таких органов может быть несколько, но не меньше числа функциональных цепей в группе. Например, если группа имеет две функциональные цепи, то органов настройки на траекторию должно быть, как минимум, два, т. е. по органу настройки на каждую функциональную внутрен­нюю цепь.

В станках с ЧПУ при наличии у каждого рабочего органа своего регулируемого источника движения механические органы настройки на параметры исполнительных движений, как правило, отсутствуют. Во всех других случаях использования в станках с ЧПУ нерегули­руемых двигателей или регулируемых лишь по одному, двум или трем параметрам создаваемого ими движения наличие механических орга­нов настройки предусматривается по необходимости.

3.1.2 Классификация кинематических структур станков

Кинематическая структура станка представляет собой совокуп­ность кинематических групп и их соединений. Группы между собой могут быть соединены разными способами, и их соединение зависит от многих факторов. Наибольшее влияние на соединение кинематичес­ких групп оказывает общность их исполнительных органов и источни­ка движения, а также необходимость координации и согласованности во времени создаваемых группами движений. Всякое соединение двух кинематических групп осуществляется через специальные дополни­тельные устройства такие, как суммирующие механизмы, муфты, реверсы и т. д.

Главной и определяющей частью кинематической структуры лю­бого станка является его формообразующая часть, включающая все группы формообразования и их соединения. Положив в основу клас­сификации всего многообразия кинематических структур станков их общее число и характер групп формообразования, все структуры ме­таллорежущих станков можно разделить на три класса.

1. К классу простых структур (П) относятся станки с кинематической структурой, содержащей только простые группы формообразования, т. е. имеющие лишь один исполнительный орган, например, группы Ф(В), Ф(П).

2. К классу сложных структур (С) относятся станки с кинематической структурой, содержащей только сложные группы формообразований, т. е. группы, имеющие по два и более исполнительных органов, например, создающие движения Ф(В1В1), Ф(В1В2П3) и т. д.

3. К классу комбинированных структур (К) относятся станки с кинематической структурой, содержащие одновременно простые и сложные группы формообразования.

Каждый класс содержит определенное число типовых кинема­тических структур, шифр которых можно условно записать буквой с последующими двумя цифрами. Буква указывает на класс структуры, первая цифра – на общее число формообразующих групп в структуре станка, вторая – на суммарное число всех простых вращательных и прямолинейных движений, составляющих совокупно все формообра­зующие движения станка. Например, запись К24 означает, что станок имеет кинематическую структуру комбинированного класса (буква К), формообразующая часть его состоит из одной простой и одной сложной группы (цифра 2) с общим суммарным числом простых дви­жений, участвующих в формообразовании, равным четырем (послед­няя цифра шифра).

Если принять во внимание, что практически макси­мально возможное число групп формообразования в структурах стан­ков равно трем, то можно составить таблицу шифров типовых кинематических структур всех станков (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Класс структуры	Структура станка при числе групп формообразования
	1	2	3
Простой Сложный	П11* С12*	П22* С24*	ПЗЗ* С36*
	С13	(С25)	(С37)
Комбинированный	С14 - -	К23* К24	К34* (К35)
К25	(К36)
(К26)
Примечание. В скобках указаны структуры станков, которые редко встреча­ются в станкостроении.

При составлении и анализе кинематической структуры станков следует четко представлять себе обрабатываемое изделие в целом и ту поверхность, которая должна быть обработана резанием на станке. Это означает, что создаваемую поверхность необходимо охарактеризовать двумя линиями, одна из которых характеризует поверхность в попе­речном, а другая – в продольном сечении, т. е. установить формы двух производящих линий, при относительном движении которых может быть образована данная поверхность.

Необходимо также отчетливо представлять себе вид, конструк­цию режущего инструмента и форму его режущих кромок, а также исходное и относительное взаимное положение обрабатываемой за­готовки и инструмента в процессе формообразования требуемой поверхности.

Анализ и сопоставление форм производящих линий и режущей кромки инструмента, а также учет специфики обработки (фрезеро­вание, шлифование и т. д.) позволят установить метод формообразо­вания (сочетание методов образования образующей и направляющей производящих линий) поверхности, а также количество, характер и состав движений формообразования, необходимых для реализации выбранного метода.

Устанавливая методы образования производящих линий, необ­ходимо иметь в виду следующие соображения.

1. Если для обработки поверхности используют фасонный режущий инструмент (резец, фрезу, шлифовальный круг и т. д.), то форма образующей производящей линии имеется на инструменте и на заготовку переносится методом копирования, а форму другой производящей линии (направляющей) получают методом следа или касания.

2. Если для формообразования поверхности применяют обкаточный инструмент, то форма одной из производящих линий поверхности образуется методом огибания, а другая производящая линия – методом следа или касания.

3. Если поверхность получают фрезерованием или шлифованием, т. е. используют фрезу или шлифовальный круг, при относительном перемещении заготовки или инструмента, то форма, хотя бы одной из производящих линий образуется методом касания.