3.3.6. Токарные автоматы и полуавтоматы

Автоматами называются станки, на которых все основные и вспомогательные движения автоматизированы, включая подачу, установку и закрепление заготовки, освобождение и выдачу обработанного изделия. При обслуживании автомата функции оператора сводятся к периодической загрузке, выборочному контролю и общему наблюдению за работой станка (иногда с мелкой подналадкой его). Вследствие этого при организации работ на автоматах учитываются условия многостаночного обслуживания.

Полуавтоматы отличаются от автоматов тем, что при работе на них установку и закрепление заготовки, очередной пуск станка, освобождение и снятие изделия производит оператор.

Токарные прутковые автоматы предназначаются для эксплуатации их в массовом и крупносерийном производствах. Это объясняется тем, что устройство подобных автоматов предполагает применение довольно сложных инструментальных наладок, со значительными затратами подготовительного времени, рентабельность которых достигается только в условиях обработки больших партий деталей.

Автоматы и полуавтоматы токарной группы могут быть классифицированы по следующим признакам: по назначению, роду заготовок, расположению шпинделей, количеству шпинделей, режиму рабочих и холостых ходов.

По назначению различают автоматы и полуавтоматы универсальные, применяемые для выполнения разнообразных токарных и иногда других операций над различными деталями, и специализированные, предназначаемые для выполнения узкого круга операций над определенными деталями. Полуавтоматы служат для изготовления деталей только из штучных заготовок, главным образом, в патроне (патронные полуавтоматы), реже – в центрах. В прутковых автоматах пруток вводится в полый шпиндель и в дальнейшем автоматически подается и зажимается для каждой изготовляемой детали. В магазинных автоматах заготовки загружаются в магазин или бункер, откуда также автоматически подаются к зажимному приспособлению станка.

По расположению шпинделей автоматы и полуавтоматы бывают с горизонтальными и вертикальными шпинделями.

По количеству шпинделей различают одно- и многошпиндельные автоматы и полуавтоматы. Первые обрабатывают одновременно лишь одну деталь; вторые одновременно обрабатывают несколько деталей в количестве, равном числу шпинделей или числу шпинделей минус один.

Одношпиндельные автоматы имеют ряд разновидностей. Из них наиболее распространенными являются прутковые одношпиндельные автоматы, к которым относятся: фасонно-отрезные автоматы, автоматы продольного точения и токарно-револьверные автоматы.

Фасонно-отрезные автоматы предназначаются для изготовления коротких деталей малого диаметра простой формы (рис.23). Материал закрепляется во вращающемся шпинделе 1 с помощью цангового патрона. Станок имеет два-четыре суппорта 2, перемещающихся только в одном поперечном направлении и несущих фасонные и отрезные резцы. Для получения детали заданной длины станок снабжен подвижным упором 3, автоматически устанавливающимся по оси шпинделя после окончания цикла. Материал подается с помощью механизма подачи до соприкосновения с упором. Главным движением в этих станках является вращение шпинделя, движения подачи (S) – перемещения поперечных суппортов. Некоторые модели фасонно-отрезных автоматов имеют продольный суппорт, перемещающийся вдоль оси шпинделя, позволяющий производить сверление отверстий.

Рис.23. Схема работы фасонно-отрезного автомата

Автоматы продольного точения предназначены для изготовления длинных деталей малого диаметра из прутка или бунта в условиях массового производства. Эти автоматы используются на предприятиях точной индустрии, например в часовой промышленности, приборостроении и т.п. Высокие требования к точности и чистоте поверхности деталей обусловили ряд конструктивных особенностей этих автоматов. На рис.24 дана схема работы автомата. Заготовка закрепляется во вращающемся шпинделе 1 при помощи цангового патрона. Шпиндельная бабка 2 перемещается по направляющим станины, сообщая заготовке движение подачи (S₁) относительно неподвижного резца 8, закрепленного в суппорте 9. Суппорт сообщает резцу установочные перемещения при переходе на обработку ступени другого диаметра и движение поперечной подачи (S2) при отрезке и фасонном обтачивании. Станок имеет два-три вертикальных суппорта и суппорт балансирного типа 4, несущий два резца и совершающий качательное движение вокруг оси 5, закрепленной в кронштейне 3. Для увеличения жесткости системы заготовка (пруток) перемещается в люнетной втулке 6. Сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы могут производиться при помощи специальных приспособлений 7, устанавливаемых напротив обрабатываемого прутка. Шпиндели этих приспособлений часто имеют независимый привод для вращательного и поступательного движений.

Рис.24. Схема работы автомата фасонно-продольного точения

Токарно-револьверные автоматы представляют собой автоматизированные токарно-револьверные станки и предназначаются для изготовления деталей сложной формы. Большинство этих автоматов рассчитано на выполнение работ из прутка, но в некоторых моделях имеется возможность загрузки и штучных заготовок. Пруток (заготовка) крепится во вращающемся шпинделе. Автоматические перемещения, связанные с продольной подачей, включая и автоматические повороты для смены инструмента, совершает револьверная головка. Поперечная подача осуществляется двумя-тремя суппортами. Конструкция и принцип работы такого автомата изучаются при выполнении лабораторной работы.

Многошпиндельные автоматы производятся двух разновидностей: автоматы последовательного действия и автоматы параллельного действия.

Характерной деталью в токарных автоматах и полуавтоматах является распределительный вал. На распределительном валу монтируются различной конструкции и формы (в зависимости от назначения) кулачки, которые через систему механических или других связей управляют всеми рабочими и вспомогательными движениями станков.

Ниже приводятся наиболее употребительные исполнения кулачков и указывается их назначение.

Барабанные кулачки предназначаются для управления рабочими и вспомогательными движениями станков. Барабанный кулачок представляет собой цилиндр, снабженный выфрезерованными фасонными канавками или накладными кулачками (рис.25, а и б).

Дисковые кулачки – применяются главным образом для приведения в движение рабочих органов автоматов и полуавтоматов – револьверных головок и суппортов (рис.25, в).

Диски с накладными торцевыми кулачками применяются исключительно для включения вспомогательных движений, например, движения и зажима прутка, поворотов револьверной головки и т.д. Диски имеют разделенную, чаще всего на сотые доли оборота, шкалу, которая необходима для установки кулачков в нужном месте (рис.25, г).

а)	б)	в)	г)

Рис.25. Типы кулачков токарных автоматов

Горизонтальные многошпиндельные прутковые автоматы предназначены для обработки деталей из калиброванных прутков круглого, квадратного и шестигранного профилей, а также из труб в условиях крупносерийного и массового производств разных отраслей машиностроения.

К основным технологическим операциям, выполняемым на станке, следует отнести: обтачивание, сверление, развертывание, нарезание резьбы, отрезку, накатывание резьб и фасонное обтачивание. Все необходимые движения в станке осуществляются автоматически с помощью кулачков, расположенных на распределительном валу. За один его оборот осуществляется полный комплекс движений механизмов автомата, необходимых для изготовления одной обрабатываемой детали. Этот комплекс определяет цикл обработки, а время, за которое совершается один оборот распределительного вала, – время цикла.

Схема работы многошпиндельного горизонтального пруткового автомата приведена на рис.26. Шпиндели 6 расположены по окружности в шпиндельном блоке 1. С торца шпиндельного блока расположены поперечные суппорты 2, а на центральной гильзе 4 может перемещаться продольный суппорт 5. Шпиндели автомата получают вращение от центрального вала 3 через зубчатые колеса 7 и 8. После отрезки готовой детали шпиндельный блок поворачивается на угол, соответствующий количеству шпинделей.

Прутковый материал через направляющие трубы вводят в отверстия шпинделей и закрепляют в цанговых патронах автомата. Обработка каждой детали осуществляется последовательно на каждой позиций. В обработке одновременно находятся все заготовки. Отрезку готовой детали производят на последней позиции. Каждую позицию обслуживают поперечные суппорты. Продольный суппорт 5 может обслуживать все позиции. На нем могут быть установлены скользящие державки с независимым от продольного суппорта и друг от друга приводом продольной подачи. Кроме того, на нем могут быть размещены инструментальные шпиндели для сверлильного инструмента с независимой от рабочих шпинделей скоростью вращения. Регулирование величины рабочих ходов как продольного, так и поперечных суппортов осуществляют бесступенчато.

Рис.26. Схема работы многошпиндельного горизонтального автомата

Рассмотрим компоновку горизонтального автомата (рис.27). На станине 23 размещены шпиндельный блок 21 и коробка передач 13. В шпиндельном блоке смонтированы шпиндельный барабан 7, механизмы поворота, фиксации и подъема, механизм зажима и подачи прутка, приводы нижних и средних суппортов, упоров суппортов и упора 9 подачи материала. На корпусе шпиндельного блока расположены четыре поперечных суппорта: отрезной 20, нижний передний 19, нижний задний и задний средний. В коробке скоростей 13 расположены привод главного движения, приводы рабочего, быстрого и наладочного вращения распределительного вала, устройства для нарезания резьбы, развертывания, а также для смазки автомата. Два верхних поперечных суппорта 8 расположены на траверсе 2. Внутри станины находятся главный электродвигатель 16, насос 24 охлаждения, резервуар для масла и охлаждающей жидкости. Внутри траверсы 2 расположены распределительный вал, командоаппарат, наладочный электродвигатель 12, лубрикатор 10. Слева от станка имеется стойка с направляющими трубами 1, ящик 26 для стружки и шнековый транспортер 25, справа – шкаф 14 с электроаппаратурой. Для обеспечения подачи державок с инструментом используют продольный суппорт 18 и рычаги 11 независимой подачи. В шпиндельном блоке также находятся механизм 4 регулировки длины подачи прутка и индикатор 6 контроля подъема барабана. Кнопкой 22 осуществляют толчковое вращение шпинделей при наладке. Счетчик 15 показывает число обработанных деталей. Рукояткой 5 вручную зажимают пруток. Автомат имеет два пульта управления: передний 17 и задний (на рисунке не показан).

Многошпиндельные токарные полуавтоматы изготавливают в горизонтальном и вертикальном исполнениях. Их создают на базе аналогичных моделей многошпиндельных автоматов. Основное отличие многошпиндельных горизонтальных полуавтомотов от многошпиндельных автоматов заключается в том, что на них обрабатывают штучные заготовки в патронах, загрузку заготовок производят вручную или с помощью загрузочного устройства. Кроме этого многошпиндельные полуавтоматы имеют гидропривод, служащий для зажима заготовок в патронах. В шести- и восьмишпиндельных полуавтоматах установлено только пять поперечных суппортов, отсутствуют суппорты на загрузочных позициях. В загрузочных позициях установлены устройства для включения и выключения вращения шпинделя и зажима заготовки в патроне. У многошпиндельных горизонтальных полуавтоматов отсутствуют механизмы подачи и зажима прутка.

Рис.27. Горизонтальный многошпиндельный автомат

Вертикальные многошпиндельные полуавтоматы служат для обработки в патронах, реже в центрах, деталей сравнительно больших размеров в условиях массового производства. По принципу своей работы вертикальные многошпиндельные полуавтоматы могут быть последовательного и параллельного действия.

На рис.28, а показана схема шестишпиндельных полуавтоматов последовательного действия. На основании 1 установлена колонна 4, вокруг которой периодически поворачивается стол 2 с шестью шпинделями 3. Пять суппортов 5 с режущими инструментами обслуживают одновременно пять шпинделей. В загрузочной позиции I снимают готовую деталь и устанавливают новую заготовку. После поворота стола на 1/6 оборота шпиндели получают вращение, а на позиции I снова снимают готовую деталь и устанавливают новую заготовку и т.д. Время одного цикла работы таких полуавтоматов складывается из времени обработки наиболее трудоемкой позиции и времени, необходимого для выполнения холостых ходов (поворот, фиксация стола, детали и установка новой заготовки).

На рис.28, б показана принципиальная схема шестишпиндельных полуавтоматов параллельного действия. Эти полуавтоматы представляют собой как бы блок нескольких одношпиндельных полуавтоматов. На основании 1 установлена неподвижная вертикальная колонна 5, вокруг которой непрерывно вращается стол, несущий шпиндели 2, и шестигранная гильза 3 с шестью суппортами 4, представляющая собой единое целое – карусель. При повороте гильзы 3 суппорты перемещаются по вертикальным направляющим от неподвижного барабана 7, с которым они связаны тягами 6. За один полный оборот карусели 3 на каждом шпинделе, проходящем загрузочную зону 8, заканчивается обработка детали, в этой зоне автоматически выключается вращение шпинделя, освобождается от зажима деталь, суппорт отходит в верхнее положение, снимают готовую деталь и устанавливают новую заготовку. Затем заготовка зажимается, шпиндель получает вращение, суппорт подводится к заготовке и начинает обработку.

По сравнению с полуавтоматами последовательного действия эти полуавтоматы имеют меньшие технологические возможности.

Рис.28. Принципиальные схемы вертикальных многошпиндельных автоматов