Технико-экономические показатели станка
Алюминий является наиболее популярным и востребованным из множества металлов, используемых в производстве современной техники. Одним из главных его свойств является подходящая плотность (легкий относительно других металлов), также алюминий не поддается коррозии, он длительное время сохраняет свою пластичность. Токарная обработка алюминия в чистом виде является достаточно трудоемким процессом. Поэтому для работы на токарном оборудовании используются разнообразные сплавы данного металла.
Существует множество типов станков, они делятся на классы и виды обработок, но сегодня мы рассмотрим токарную обработку с ЧПУ, а также изучим типичный станок для такой обработки.
Так как мягкий и пластичный материал, который хорошо поддается механической обработке, то режимы резания могут быть на много выше, чем при обработке других металлов. Это обусловлено меньшими нагрузками при снятии стружки, а также высоким коэффициентом теплопроводности алюминия, благодаря этому вместе со стружкой из зоны резания хорошо отводится тепло.
В целом для обработки алюминия используются станки аналогичные станкам, используемым для обработки других металлов. Для обработки алюминия большее значение имеет использование специализированного инструмента, нежели специализированного станка. Поэтому рассмотрим токарный станок 16а20ф3.
Токарный станок 16а20ф предназначен для обработки наружных (диаметр до 400мм) и внутренних поверхностей деталей длиной до 1000 мм в замкнутом полуавтоматическом цикле. Данный станок сконструирован на базе станка 16к20ф3, поэтому компоновка, движения и составные части у этих станков одинаковы. Также во многом унифицирована и конструкция станка.
ЧПУ позволяет станку совершать движения формообразования по двум координатам, изменять значения подач, изменять частоту вращения шпинделя, а также менять режущий инструмент и нарезать резьбу.
Мощности двигателя привода главного движения в 11 кВт, прочность и жесткость всех деталей, составляющих кинематическую цепь станка, широкая регулировка значений подач и вращения шпинделя 12,5 – 2500 об/мин в совокупности с системой чпу дают возможность данному станку производить токарную обработку заготовок из алюминия различной сложности и качества.
Станина станка имеет коробчатую форму с поперечными ребрами профиля, закаленные шлифованные направляющие. На станине располагаются шпиндельная бабка, каретка, привод продольной подачи и задняя бабка.
Станина должна обладать большой жесткостью, от этого зависит качество и точность изготавливаемых на этом станке деталей. В шпиндельной бабке располагается сам шпиндель, а также коробка скоростей со всеми зубчатыми колесами и валами. Эта часть токарного станка должна обладать наибольшей жесткостью, так как в основном на нее падает самая большая нагрузка при изготовлении деталей.
Суппорт токарного станка обеспечивает перемещение режущего инструмента в двух или более плоскостях, это обеспечивает изготовление на станке сложных геометрических форм и профилей.
Задняя бабка обеспечивает зажатие деталей с большим вылетом с противоположной стороны от шпинделя. Также в задней бабке может быть закреплен инструмент для обработки деталей: например сверло.
Стойка ЧПУ является «мозгом» станка, в ней находится компьютер, который управляет всеми действиями станка с ЧПУ. Также через стойку ЧПУ можно писать программы для обработки деталей, либо редактировать уже ранее написанные.
Привода главного движения в станке
Главное движение токарного станка 16а20ф, как и на всех токарных станках является вращение шпинделя. Это происходит за счет работы главного электродвигателя посредством передачи оборотов и крутящего момента через клиноременную передачу и коробку скоростей. Привода бывают ступенчатые и бесступенчатые.
В станке 16а20ф привод движения является ступенчатым и регулируется путем зацепления различных зубчатых колес между собой. В бесступенчатой же системе регулировки привода изменение скорости вращения осуществляется автоматически при помощи электромагнитных муфт, а также изменении скорости вращения электродвигателя при помощи частотных преобразователей.
Шпиндель имеет 22 скорости и может регулировать колличество оборотов в диапазоне от 12,5 до 2500 об/мин.
Токарный станок 16а20ф оснащен направляющими типа винт-гайка качения.
В металлообрабатывающих станках применяются направляющие качения или скольжения. Часто эти два типа направляющих могут объединять в одну конструкцию с целью объединения их достоинств. Данный вид направляющих имеет название – комбинированные. Направляющие могут иметь различные способы смазки, а именно полужидкая система смазки, жидка система смазки, ну или газовую систему смазки. В зависимости от направлений движений подвижного узла, его траектории, могут применяться направляющие прямолинейного или кругового движения. Также они делятся на горизонтальные, вертикальные и наклонные направляющие. По формам поперечного сечения самыми распространенными являются прямоугольные, треугольные, трапециевидные, и круглые направляющие
Передача винт-гайка имеет широкое применение в механизмах металлорежущих станков. Она имеет высокий КПД и надежность. Это зависит от конструкции и качества изготовления перепускного канала, он должен быть прост в изготовлении, также допускать регулировку элемента, который направляет шарики из резьбовой канавки в возвратный канал. Ну и обеспечивать минимальный путь возврата шарика при наименьшем количестве поворотов.
Винт изготавливается из сталей XВГ и 7XГ2ВМ с объемной закалкой, 8XВ с закалкой при индукционном нагреве и 20XЗМВФ с азотированием поверхности. Для гаек применяются стали марок 9XС, ШX15 с объемной закалкой и цементируемые стали 18XГТ, 12XНЗА, 18XНВА и др. Шарики обычно изготавливаются из стали ШX15, ШX15СГ. Твердость поверхности шариков должна быть не ниже 63 НRCэ.
Шпиндельные узлы предназначены для точного вращения заготовки во время обработки металлом резанием, они в значительной степени определяют качество обработки детали. Точность характеризуется биением шпинделя, а именно осевым, торцевым и радиальным. Значение биения шпинделя для станков среднего уровня точности не должно превышать 5-8 мкм. Обычно подшипники подбираются в три раза точнее, чем максимальное допустимое биение шпинделя станка. Самые точные станки имеют биение в пределах 0,1-0,02 мкм.
Также шпиндельные узлы предназначаются для передачи крутящего момента и вращающего движения от коробки скоростей к детали. В конструкцию данного узла входят подшипники (опорные), сам шпиндель, а также зубчатые колеса, которые передают ему вращение. Вращательное движение осуществляют валы, тем самым передают крутящий момент шпинделю. Они испытывают большие нагрузки, деформации на кручение, изгиб, растяжение, а также на сжатие. В коробках скоростей используют шпоночные и шлицевые валы.
Очень часто для уменьшения массы и габаритных размеров вала его изготавливают полым. Также это необходимо, чтобы через отверстие в валу пропускать через них деталь либо заготовку для автоматизации производства. Шлицевый вал обеспечивает плавное перемещение шестерни зубчатых колес вала, что необходимо для правильной работы коробки скоростей. Чаще всего применяют шестишлицевые или четырехшлицевые валы. Концы шпинделей токарных станков с ЧПУ выполняют по ГОСТ 12595—72 или ГОСТ 12593—72 с цилиндрическим отверстием, конусом Морзе и метрическим конусом.
Станок 16а20ф3 оснащен многодвигательными электроприводами, которые обеспечивают перемещение режущего инструмента по нескольким координатам, что позволяет совершать сложные движения при обработке детали в 2-х плоскостях, при этом получая нужный профиль детали.
Управление электродвигателей подач осуществляется при помощи системы ЧПУ в соответствии с заданной программой. Благодаря микроконтроллеру, которое составляет программное ядро ЧПУ, мы можем выполнять множество технологических и геометрических операций, ну и конечно же осуществлять прямой контроль и управление системой электропривода и электроавтоматики станка.
Приводы подач большинства станков часто имеют прямую связь с главным электродвигателем. Это является необходимым для нарезания резьбы. Скорости могут регулироваться как механическим путем, используя разнообразные соединения зубчатых колес или электромагнитные фрикционные муфты, так и при помощи плавной регулировки скорости вращения электродвигателя при помощи частотного преобразователя. Ускоренное перемещение суппорта может быть осуществлено при помощи использования дополнительного электродвигателя.
Жесткость станка является одним из важнейших критериев, который показывает на сколько точно и качественно он сможет выполнять те или другие детали из различных материалов. Станина, а также корпусные детали являются главными несущими частями системы. Необходимо замкнуть силы, которые появляются при взаимоотношении инструмента и заготовки, при этом не дать станку деформироваться либо выйти из строя. Дабы этого избежать все станки и элементы технологического оборудования проектируют с неким запасом прочности, чтобы они выдерживали все нагрузки при работе.
Типичные представители
Типичными представителями токарных станков с ЧПУ для обработки алюминия являются:
Токарный станок с ЧПУ TRENS SE 820 NUMERIC
Токарный станок с ЧПУ GF-42
Токарный станок с ЧПУ DMTCKE6136Z
Токарный станок с ЧПУ Flash SL280
Токарный станок TN500 с ЧПУ Siemens 808D
Токарный станок с ЧПУ JETJSK-1420 CNCSIEMENS 808DA
