РАЗВИТИЕ НА КОНСТРУКЦИИТЕ НА МАШИНИТЕ С ЦПУ.

Машини-аналози на съществуващите универсални машини с ръчно управление.

Първото поколение ММ с ЦПУ се изгражда като аналог на съществуващите универсални машини с ръчно управление. Заимства се почти изцяло съществуващата конструкция. Така се появяват редица стругови, фрезови, пробивни и разстъргващи машини с ЦПУ. С тях изцяло се автоматизира процесът на обработка с даден отделен инструмент. Но опитът от експлоатацията показва, че тези машини не могат да постигнат необходимото ниво на точност, производителност, технологични възможности и надеждност.

Важна стъпка към повишаване на експлоатационните показатели са мерките за намаляване на загубите от триене и отстраняване на хлабините. Плъзгащите направляващи се заменят с търкалящи направляващи, традиционната плъзгаща двойка “винт-гайка” отстъпва място на сачмено-винтовата двойка (СВД). Така триенето чрез плъзгане се заменя с триене чрез търкаляне, при което съпротивлението при движение е значително по-малко. Заедно с това се постига възможността за отстраняване на хлабините. Носещата способност на СВД е значително по-голяма, което създава условия за повишаване на режимите на рязане.

Друга, не по-малко революционна стъпка, е разделянето на преводите.

На показаната кинематична схема на универсална стругова машина с ръчно управление се вижда, че главното и подавателните движения са свързани кинематично. Задвижването на работните органи става от един общ двигател. Получаването на различни скорости на движение става чрез множество зъбни предавки, които се превключват ръчно. Движението преминава от скоростната кутия през подавателната, чрез разпределителния механизъм се насочва към двигателния вал (за извършване на външно и вътрешно струговане) или двигателния винт (за нарязване на резби). Чрез супортния механизъм въртеливите движения на двигателните вал и винт се преобразуват в транслационни движения (в едната и в другата посока) на надлъжния и напречния супорт. Бързият ход се получава чрез отделна кинематична верига със собствен двигател.

При СМ с ЦПУ всеки работен орган има собствен превод. Вретеното 10 се задвижва от главния двигател 11 чрез ремъчната предавка 1. Надлъжният 9 и напречният супорт 8 имат много опростени преводи, състоящи се съответно от двигателите 6 и 4 и СВД 7 и 5. Скоростта на движение на супортите се изменя и реверсира единствено чрез изменение на честотата на въртене на ротора на двигателя. Първоначално двигателите са били стъпкови- ъгълът на завъртане на ротора се е постигал чрез отработване на определено количество ъглови стъпки. Тази прекъснатост на движението се е отразявала негативно на точността и е повишавала грапавостта на обработената повърхнина. Повечето стъпкови двигатели не са имали необходимия въртящ момент за да осигурят устойчива работа при малки скорости на подаване и големи подавателни усилия. Затова между тях и винта са се установявали хидроусилвател на момента и редуцираща зъбна предавка .

Впоследствие стъпковите двигатели се заменят с високомоментни постояннотокови, които позволяват плавна работа и директно свързване към СВД. Днес постояннотоковите изцяло са отстъпили място на асинхронните честотноуправляеми двигатели, характеризиращи се с по-малки габарити и маса, по-високи скоростни възможности и надеждност. В последните години се очертава нова тенденция за генерално изменение на концепцията на превода- СВД и двигателят с ротационно движение се отстраняват, а на тяхно място е единствено линейният двигател, вграден в самия подвижен орган.

Коренно изменение претърпява и главното движение. Сложните кинематични вериги, присъщи на машините с ръчно управление, се заместват от опростени, които позволяват автоматично превключване на степените. На фигурата се вижда главен превод с едноскоростен асинхронен двигател 1 и автоматична скоростна кутия (АКС), при която по команда от системата за ЦПУ се включват електромагнитни съединители и се постигат различни дискретни честоти на въртене на изходящия вал на АКС. Тези честоти се умножават допълнително от предавателната кутия. Използването на АКС продължава сравнително дълго време, тъй като в дадени момент са били единствената алтернатива за повишаване на степента на автоматизация. Същевременно АКС показват и ред недостатъци- големи габарити, енергоемкост, топлоотделяне, сложност, висока цена, ограничен брой на степените, ниска надеждност. Допълнително и съществено неудобство е, че предавателната кутия изисква ръчно управление.

С появата на постояннотоковите двигатели необходимостта от АКС отпада, честотата на въртене на вретеното се изменя плавно, а посоката на въртене се реверсира. През първия етап от използване на постояннотоковите двигатели присъствието на дву-или тристепенната предавателна кутия се оказва необходимо. Превключването на предавките в нея става автоматично чрез хидро- или пневмоцилиндри.

При по-нататъшното развитие постояннотоковите двигатели се заместват изцяло от асинхронните честотно регулируеми. Предводът вече представлява двигател-ремъчна предавка-вретено, двигател-вретено или интегрирани двигател и вретено, при който вретеното изпълнява ролята на ротор.

Необходимостта от автоматизиране на повече от дейностите, свързани с работата на ММ с ЦПУ, включва автоматичната смяна на инструментите (АСИ). Ножодържачът с ръчно сменяне на инструменти при струговите машини с ръчно управление се замества от револверна глава, която се задвижва от електродвигател и се управлява от системата за ЦПУ

Машини със собствена конструкция.

При второто поколение конструкцията изцяло се съобразява с възможностите на ЦПУ.

За противодействие на нарасналите натоварвания при по-високите режими на работа се изменя и конструкцията на корпусите. Вместо хоризонтално разположените направляващи вече се използват корпуси, върху които направляващите са наклонени примерно под 60⁰. Това позволява по-лесно отвеждане на стружката (тя пада по естествен път в стружкосъбирателното устройство), по–добър обзор на работната зона, по-лесен достъп до нея при автоматизиране на процеса на зареждане със заготовки.

Машини с висока концентрация на операциите.

Третото и по-нататъшните поколения се характеризират с все-по-нарастваща концентрация на операциите. Вместо струговите, фрезовите и др. Машини с ЦПУ се появяват машини-центри, при които се концентрират възможностите на две или три машини с различни технологични характеристики. През 1959 г. е демонстриран първият обработващ център (ОЦ), способен да извършва върху една работна позиция и при една установка фрезоване, пробиване, разстъргване и нарязване на резба.

Впоследствие се появяват стругови центри, шлифовъчни центри.

Днешното производство на ММ с ЦПУ продължава тенденцията към концентрация на операциите и повишаване на мощността на преводите. Тя се представя от многофункционалните машини, които обединяват в себе си възможностите на две машини-центри.

Машинният парк в момента се състои и продължава да се обновява и попълва както от ММ с ЦПУ с по-ниска концентрация на операциите, така и все по-осезаемо от машините-центри. Делът на ОЦ и струговите центри нараства с големи темпове. Днес те заемат значителна част при производството на сложни и точни детайли с къси срокове за изготвяне на партидата.

В тази област все повече нараства значението и на многофункционалните машини, които концентрират върху една машина възможностите на обработващ и стругов център.