УДК 621.9-115

ОБЗОР И АНАЛИЗ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА

OVERVIEW AND ANALYSIS OF DEVICES OF AUTOMATIC CHANGE OF TOOL

Мишина А.К., бакалавр 2 курс магистратуры, факультет «Машиностроительные технологии», Московский Государственный Технический Университет им.Н. Э. Баумана, Россия, г. Москва

Берестенёва А.С., бакалавр 2 курс магистратуры, факультет «Машиностроительные технологии», Московский Государственный Технический Университет им.Н. Э. Баумана, Россия, г. Москва

Аннотация: Статья посвящена обзору и анализу устройств АСИ (автоматической смены инструмента) многоцелевых станков. В статье рассматриваются система АСИ в общем виде. Так же схема и процесс использования режущих инструментов на станках с ЧПУ. Приводится классификация систем автоматической смены инструментов и способы смены инструмента в магазинах.

Summary: The article is devoted to the review and analysis of ASI devices (automatic tool change) for multi-purpose machines. The article discusses the ASI system in general. The same scheme and process of using cutting tools on CNC machines. A classification of automatic tool changing systems and methods of tool changing in stores are given.

Ключевые слова: Система автоматической смены инструмента, инструментальный магазин, револьверная головка, автооператор, кантователь, хвостовик, резцедержка.

Keywords: System of automatic tool change, tool shop, turret, auto operator, tilter, shank, cutting tool.

Последовательный выбор в процессе обработки заготовки нужного инструмента в инструментальном магазине станка, его автоматическая установка и закрепление на рабочем органе станка, последующий возврат инструмента в магазин осуществляются системой автоматической смены инструментов (АСИ). В общем виде система АСИ включает в себя:

• инструментальный магазин для накопления инструментов (револьверная головка);
• устройство выбора в инструментальном магазине или револьверной головке нужного инструмента;
• автооператор (автоматическую руку) для смены инструмента;
• устройства, осуществляющие доставку инструмента от магазина к автооператору, и кантователи, предназначенные для изменения ориентации инструмента при его доставке в позицию смены (при необходимости).
• механизм зажима хвостовика или резцедержавки с инструментом на рабочем органе станка.

Схема использования режущих инструментов на станках с ЧПУ:

Схема была получена путем анализа существующих схем использования режущих инструментов на станках с ЧПУ зарубежных производителей станков.

Процесс использования режущих инструментов на станках с ЧПУ включает два основных этапа:

• комплектацию и сборку режущих инструментов, взятых на складе, путем их установки в хвостовики и державки; их последующую размерную настройку на специальных приборах в рамках разработанных унифицированных инструментальных систем (соответственно для токарных и многоцелевых станков с ЧПУ) и кодирование;
• транспортирование комплекта настроенных инструментов, его установку в инструментальный магазин на станке; последовательный выбор в процессе обработки заготовки нужного инструмента, его автоматическую смену с установкой и закреплением на рабочем органе станка; раскрепление, съем и возврат инструмента в магазин; возврат инструмента после обработки партии заготовок на склад, а при необходимости его разборку для повторной заточки или замены.

Классификация систем автоматической смены инструментов:

Схемы расположения инструментальных магазинов на станке.

Типовые схемы расположения магазинов и другие ниже приведенные данные были определены исходя из подробного анализа АСИ многоцелевых станков, данные по которым были получены на Международной выставке “Металлообработка” 2007.

Было просмотрено примерно 100 проспектов, из которых определены 8 наиболее часто используемых схем расположения магазинов, а также варианты компоновок устройств АСИ.

Схемы расположения магазинов на многоцелевых станках горизонтальной компоновки:

Из таблицы 1 можно сделать вывод, что схема 1,а используется больше всего(47%) в многоцелевых станках; схема 8,а используется меньше(13%); третье место занимает схема 5,а и составляет 10%. Остальные схемы расположения инструментальных магазинов используются в меньшей степени. В следующей таблице 2. по тем же данным был определен процент использования различных типов магазинов на многоцелевых станках.

Цепные магазины различных конфигураций (овальные, квадратные, треугольные, фигурные) больше всего применяются на многоцелевых станках и составляют 47%; барабанные магазины с горизонтальной осью вращения также применяются в большей степени — 31%; 8% составляет компоновка станков с дисковым звездообразным магазином с горизонтальной осью вращения. Остальные типы магазинов также используются, но составляют немного процентов.

В таблице 3. показана минимальная и максимально возможная емкость вышеуказанных типов инструментальных магазинов.

Способы смены инструмента в магазинах.

На рисунках показаны способы смены инструментов в магазине.

На рис. 1. для смены используется автооператор (рука).

Цикл смены инструмента:

1. Подход шпиндельной бабки в позицию смены;
2. Поворот магазина на заданную позицию;
3. Поворот автооператора на 90° и захват захватным устройством оправки с инструментом в шпинделе станка и инструментальном магазине;
4. Осевое перемещение автооператора;
5. Поворот автооператора на 180°;
6. Осевое перемещение автооператора, установка оправки в шпиндель станка и позицию инструментального магазина;
7. Поворот автооператора на 90°.

На рис. 4.2. для смены используются автооператор (рука) и кантователь.

Кантователь предназначен для изменения ориентации инструмента при его доставке в позицию смены.

Цикл смены инструмента:

1. Подход шпиндельной бабки в позицию смены;
2. Поворот магазина на заданную позицию;
3. Поворот кантователя на 90° для изменения ориентации инструмента в позиции смены;
4. Поворот автооператора на 90° и захват захватным устройством оправки с инструментом в шпинделе станка и инструментальном магазине;
5. Осевое перемещение автооператора;
6. Поворот автооператора на 180°;
7. Осевое перемещение автооператора, установка оправки в шпиндель станка и позицию инструментального магазина;
8. Поворот автооператора на 90°;
9. Поворот кантователя в исходную позицию.

На рис. 3. для смены используются автооператор (рука), перемещающийся по салазкам.

Цикл смены инструмента:

1. Подход шпиндельной бабки в позицию смены;
2. Поворот магазина на заданную позицию;
3. Перемещение автооператора из исходной позиции по салазкам к магазину и захват захватным устройством оправки с инструментом в магазине;

4.Расфиксация и осевое перемещение автооператора;

5. Перемещение автооператора до исходной позиции по салазкам;
6. Осевое перемещение автооператора;
7. Перемещение автооператора с инструментом по салазкам к шпинделю и захват захватным устройством оправки с инструментом в шпинделе;

8.Расфиксация и осевое перемещение автооператора;

9. Поворот автооператора на 180°;
10. Осевое перемещение автооператора, установка оправки в шпиндель станка;
11. Перемещение автооператора по салазкам к магазину;
12. Осевое перемещение автооператора, установка оправки в магазин;
13. Перемещение автооператора в исходную позицию.

На рис. 4. для смены используются: автооператор (рука), выполненный определенным образом.

Цикл смены инструмента:

1. Подход шпиндельной бабки в позицию смены;
2. Поворот магазина на заданную позицию;
3. Захват подвижными захватными устройствами автооператора оправки с инструментом в шпинделе станка и инструментальном магазине;
4. Осевое перемещение автооператора;
5. Поворот автооператора на 180°;
6. Осевое перемещение автооператора, установка оправки в шпиндель станка и позицию инструментального магазина;
7. Освобождение инструментов от подвижных захватных устройств.

На рис. 5. для смены используется шпиндельная бабка, перемещающаяся по направляющим.

Цикл смены инструмента:

1. Подход шпиндельной бабки с инструментом в пустую позицию смены к магазину и установка инструмента в эту позицию;
2. Осевое перемещение шпиндельной бабки и освобождение шпиндельной бабки от оправки с инструментом;
3. Поворот магазина на заданную позицию;
4. Осевое перемещение шпиндельной бабки в обратном направлении и установка тем самым новой оправки с инструментом в шпиндельную бабку;
5. Отход шпиндельной бабки из позиции смены.

         На основании проведенного исследования можно выбрать схему расположения магазинов на многоцелевых станках горизонтальной компоновки и способ смены инструмента в магазинах, необходимые при проектировании станка.

Использованные источники

1. Врагов Ю. Д. Анализ компоновок металлорежущих станков: (Основы компонетики) Издательство: Машиностроение 1978. 209 с.
2. Детали и механизмы металлорежущих станков т.1. Под ред. Решетов Д.Н. 1972. 664 с.
3. Детали и механизмы металлорежущих станков т.2. Под ред. Решетов Д.Н. 1972. 520 с.
4. Чёсов, Ю.С. Проектирование металлорежущего оборудования . учеб. пособие 2-е изд., перераб. и доп. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. 104 с.