Конкурентоспособность
Конкурентоспособность токарных станков обеспечивается:
техническими инновациями на основе конфигурирования (комбинирования) технологических решений, конструктивной модульности узлов и цифровых технологий управления;
-
простотой конструкций при низкой цене;
-
уникальными габаритно-массовыми и рабочими характеристиками.
Преимущества токарных систем с ЧПУ:
-
кратчайшее вспомогательное время за счет параллельной по времени загрузки заготовок и выгрузки готовых деталей;
-
малая производственная площадь за счет компактной компоновки станка;
малые затраты на средства автоматизации и периферийное оборудование (накопители заготовок и готовых деталей являются составными элементами, интегрированными в конструкцию станка);
-
минимальное ручное вмешательство в работу станка (задняя бабка и люнеты перемещаются системой ЧПУ, оператору обеспечен непосредственный доступ к револьверной головке);
-
энергосбережение за счет очень высокой производительности и низком уровне потребления энергии в пересчете на деталь.
Основные тенденции и перспективы развития вида станков
Повышение производительности и точности
Станок с ЧПУ дает увеличение производительности, но лишь в случаях, когда весь производственный цикл построен с учетом применения подобного оборудования. Использование одиночных устройств, при отсутствии системы автоматизации в целом, далеко не всегда бывает оправдано.
Если с одного поста обработки на другой изделия приходится перетаскивать и устанавливать вручную, а в технологической линейке вперемешку присутствуют обычные станки и устройства с ЧПУ, то их достоинства окажутся бесполезны.
Уменьшение числа рабочих мест. Раньше оборудование с ЧПУ приходилось периодически налаживать и перенастраивать, и существовала специальная должность наладчика.
В современных станках применяются системы самодиагностики и автоматической настройки, делающие вмешательство человека необязательным.
Создание гибких и переналаживаемых комплексов и производств
Применение гибких и переналаживаемых комплексов и производств в механообработке показывает, что по сравнению с традиционным оборудованием они позволяют снизить следующие показатели:
-
число единиц технологического оборудования - на 50-70%;
-
число обслуживающего персонала максимально - на 80%;
-
удельные расходы на зарплату рабочих, отнесенные к одной детали на 20%;
-
производственные площади - на 60%;
-
производственные расходы - на 55%;
-
накладные расходы и расходы на вспомогательные работы - на 87%.
Модульный принцип конструирования
Модульный принцип проектирования токарных станков наиболее полно отвечает требованиям решения конкретной технологической задачи.
Увеличивается надежность работы станка за счет входящих в нее отработанных модулей и наибольшего соответствия данной конструкции модулей выполняемой задаче.
Модульное проектирование позволяет создавать новое высокопроизводительное оборудование.
Привода главного движения в станке
При ступенчатом регулировании применяются автоматические коробки скоростей в сочетании с одно или многоскоростными нерегулируемыми электродвигателями. Такой привод имеет высокий КПД, обеспечивает передачу больших крутящих моментов при сравнительно небольших габаритах и применяется в токарных станках с ЧПУ.
Бесступенчатое регулирование частот вращения осуществляется двигателями постоянного тока с тиристорным управлением. Такие двигатели в сочетании с упрощенными двух-трехступенчатыми коробками скоростей наиболее распространены в приводах главного движения станков с ЧПУ. Преимущество такого привода: простота конструкции и легкость управления.
Направляющие станка
В зависимости от траектории движения узлов подразделяются на: направляющие прямолинейного и кругового движения.
Они бывают нескольких видов: качения, направляющие скольжения и комбинированные
По форме поперечного сечения: ласточкин хвост (трапециевидные), прямоугольные, круглые и др.
Шпиндельные узлы станка
Шпиндель предназначен для крепления заготовки. Оказывает существенное влияние на точность, производительность и надежность всего станка.
Шпиндельные узлы станков в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями должны обеспечить следующее:
-
Передачу на заготовку расчетных режимов для заданных технологических решений;
-
Точность вращения;
-
Жесткость;
-
Высокие динамические качества, определяющиеся амплитудой колебаний переднего конца шпинделя и частотой собственных колебаний;
-
Минимальные тепловыделения и температурные деформации шпиндельного узла, так как они влияют, на точность обработки и на работоспособность опор;
-
Долговечность шпиндельных узлов, зависящая от долговечности опор шпинделя, которая в свою очередь во многом зависит от эффективности системы смазывания, уплотнений, частоты вращения, величины предварительного натяга в подшипниках качения;
-
Быстрое и точное закрепление обрабатываемой детали в шпинделе станка;
-
Минимальные затраты на изготовление, сборку и эксплуатацию шпиндельного узла.
Шпиндели станков с ЧПУ и многоцелевых станков, для которых требуется повышенная износостойкость поверхностей, используемых для центрирования и автоматического закрепления инструментов или приспособлений, изготовляют из сталей 20Х, 18ХГТ, 12ХНЗА с цементацией и закалкой до твердости 56…60 HRCэ.
Опоры шпиндельных узлов
В качестве опор шпинделей наиболее широко применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор подшипники обычно устанавливаются с предварительным натягом или увеличивают число тел качения.
Для восприятия радиальных нагрузок широко применяют двухрядные подшипники типа 3182100 с цилиндрическими роликами.
Рис. 1 Подшипники качения для шпинделей станков
а – радиальный подшипник; б – радиальный – упорный подшипник
в – роликоподшипник с регулируемой величиной натяга
Опоры скольжения применяют в шпиндельных узлах тех станков, где подшипники качения не могут обеспечить требуемой точности и долговечной работы. В качестве таких опор используют в зависимости от свойств гидродинамические и гидростатические подшипники, а также подшипники с газовой смазкой.
Привода подач станка
В современных станках с ЧПУ применяются различные структурные схемы приводов подач. Схема с жесткой связью электродвигателя ходового винта изображена на рис. 2
Рис.2 Схема привода:
1 - электродвигатель; 2 – муфта; 3 −передача винт-гайка качения; 4 – винт
Схема с одноступенчатым редуктором и выборкой зазора в зубчатом зацеплении рассмотрена на рис. 3
Рис.3 Схема привода с редуктором:
1 − электродвигатель; 2 − зубчатая передача; 3 − винтовая передача
Схема с применением беззазорной червячной и реечной передач изображена на рис.4
Рис.4 Схема привода с червячной и реечной передачами:
1 − электродвигатель; 2 − червячная передача; 3 − реечная передача
Несущая система станка
Токарный станок может достичь высокой точности за счет того, что в конструкцию данного станка заложены конструктивные особенности. Например, в приводе передачи подобных станков почти нет зазоров и очень жесткие несущие элементы, все механизмы и узлы.
Кинематическая цепь создана с минимальной длиной.
Механические передачи построены так же.
В конструкции есть специальные сигнализирующие устройства, обеспечивающие обратную связь, они очень стойкие к вибрации и разным нагрузкам. Специальные системы ещё до работы разогревают гидравлические узлы, а также другие детали (например, направляющие, шпиндель), в результате чего снижаются тепловые деформации.
Чтобы у несущих элементов присутствовала очень высокая жесткость, необходимая в работе, их делают похожими на коробочки и там обязательно должны быть поперечные и продольные внутренние ребра.
Для того чтобы их изготовить применяют литьё а также сварку. Когда-то давно для их изготовления применяли чугун. А в наши дни, сейчас почти все производители делают и колонны и станины, а также салазки-спецприспособления из такого материала как бетон, только с добавкой полимеров, или из искусственного гранита, это повышает прочность и жесткость, а также устойчивость к вибрации.
Типичные представители
Токарный станок с ЧПУ OKUMA Genos L 300-М
Это многозадачный станок для высокопроизводительной обработки деталей типа тел вращения. Он сочетает в себе все возможности для достижения высокого качества обработки и простоту использования с огромным разнообразием комплектаций для выполнения различных операций – от обработки деталей, зажимаемых в патроне, до обработки сложных деталей из прутка.
Функциональные возможности
Максимальный диаметр обработки над станиной - 450 мм .
Максимальный диаметр обработки - 200 мм.
Максимальная длина обработки - 225 мм.
Диаметр над кареткой -300 мм.
Шпиндель
Скорость шпинделя - 75 - 3000 мин-¹.
Диапазоны скоростей - бесступенчато регулируемые
Диаметр отверстия шпинделя - 66 мм.
Диаметр переднего подшипника - 100 мм
Заключение
Появление станков с ЧПУ дало новый толчок в интенсивном развитии науки технология машиностроения. Появляются новые потребности и задачи, решение которых без технологии машиностроения и других наук в комплексе не возможно.
