Обрабатывающий центр с ЧПУ по алюминию

 

 

 

 

Стоимость обрабатывающих центров с ЧПУ довольно высокая, но это компенсируется производственными возможностями оборудования. Обрабатывающие центры позволяют выпускать изделия с высоким темпом — за счёт уменьшения временных затрат на перенос заготовок от станка к станку. Применение таких станков оправдано прежде всего в тех случаях, когда требуется комплексная обработка с возможностью совмещать различные технологические процессы и получать в итоге готовое изделие.

 

 

Обрабатывающие центры являются основой для гибких производственных модулей (ГПМ). ГПМ в своем составе объединяют технические системы и устройства, функционально необходимые для выполнения сложных технологических операций.

 

 

В состав ГПМ для механической обработки входят одна или две единицы основного технологического оборудования (обрабатывающие центры) с устройствами ЧПУ, вспомогательное оборудование для смены заготовок и инструмента (накопитель, автооператор или промышленный робот), удаления стружки, контроля качества обработки, контроля и подналадки технологического процесса.

 

ГПМ, предназначенный для автономной работы, в автоматическом режиме выполняет многократно заданные циклы обработки, имеет возможность встраиваться в ГПС более высокого уровня.

 

 

Одним из представителей рассматриваемого типа станков является многооперационный горизонтальный обрабатывающий центр ИР-500. Он является сверлильно-фрезерно-расточным станком, который имеет числовое программное управление (ЧПУ). Также на нем предусмотрена автоматическую смена инструмента (АСИ) и обрабатываемых деталей. Он предназначен для обработки корпусных деталей из конструкционных материалов от легких сплавов до высокопрочных сталей.

 

 

 

Автоматическая смена обрабатываемых деталей и инструмента обеспечивает высокую степень автоматизации вспомогательных функций и позволяет использовать его в автоматической линии с управлением от ЭВМ.

 

 

На данном станке возможны следующие виды операций: сверление, развертывание, зенкерование, растачивание точных отверстий, фрезерование по контуру с линейной и круговой интерполяцией, нарезание резьбы метчиками. Диапазон частот вращения шпинделя 21,2 – 3000 об/мин, наибольший крутящий момент – 700 Нм. Рабочая подача по осям X, Y, Z 1 – 2000 мм/мин. Максимальная нагрузка на стол 700 кг.

 

 

 

Глава 2. Выбор технических характеристик станка.

 

Станок имеет повышенную степень точности, что обеспечивает возможность обрабатывать отверстия по 7, 8 квалитетам точности. При этом шероховатость обработанной поверхности Ra 2,5 мкм.

 

Размеры рабочей поверхности стола, мм	500 х 500
Поперечное перемещение стола, мм	800
Продольное перемещение стойки, мм	500
Вертикальное перемещение шпиндельной бабки, мм	500
Наибольший диаметр сверления, мм	40
Наибольший диаметр растачиваемого отверстия. мм	160
Наибольший диаметр торцовой фрезы, мм	160
Точность позиционирования по осям X/Y, мм	0,018/0,015
Точность позиционирования по оси Z, мм	0,022
Количество инструмента в магазине	30
Время смены инструмента, с	6
Время смены столов-спутников, с	45
Электродвигатель постоянного тока привода главного движения, кВт	14
Электродвигатели привода подач (X, Y, Z, B) и магазина, кВт	2,8
Габариты станка (длина, ширина, высота), мм	4450 х 4655 х 3100
Масса станка, кг	11370

 

 

 

Глава 3. Компоновка станка

 

Обрабатывающие центры бывают вертикальной и горизонтальной компоновки. Вертикальные обрабатывающие центры используются для обработки крупных заготовок или заготовок, обрабатываемых с одной стороны. При использовании многопозиционных и поворотных приспособлений можно вести обработку заготовок с нескольких сторон. Этому способствуют и автоматически сменяемые головки с различным расположением шпинделей. Горизонтальные обрабатывающие центры используются для обработки заготовок с двух-четырех, а иногда и пяти сторон, в последнем случае шпиндельные головки имеют поворот вокруг горизонтальной и вертикальной оси. Широко применяют при проектировании обрабатывающих центров принцип агрегатирования.

 

Рис. 1 –Компоновка станка ИР-500

 

 

 

1. Устройство автоматической смены столов – спутников.

 

2. Шпиндельная бабка

 

3. Стол

 

4. Манипулятор

 

5. Инструментальный магазин.

 

6. Стойка.

 

 

 

 

Рис. 2 – Кинематическая схема станка ИР-500

 

 

 

Глава 4. Привод главного движения станка

 

Регулирование скоростей главного движения и подач может быть ступенчатым и бесступенчатым.

 

Регулирование скорости ступенчатым способом происходит за счет шестеренчатых коробок скоростей или с помощью многоскоростных электродвигателей, а иногда за счет того и другого. Для различных условий обработки и предельно допустимых скоростей резания устанавливаются предельные значения оборотов шпинделей или ходов ползунов. Из-за возможного изменения диаметра обрабатываемых деталей и инструментов на станках предусматривается возможность изменять числа оборотов в определенном диапазоне.

 

Использование в станках коробок скоростей, регулируемых ступенчатым способом, не всегда дает возможность добиться подходящей скорости резания, в следствии чего происходит уменьшение производительности.

 

Поэтому в станках используются механические, гидравлические и электрические приводы, в которых скорость регулируется бесступенчатым способом. Привода с бесступенчатым регулированием скоростей позволяют плавно изменять на ходу обороты шпинделя или скорость ходов ползуна (стола) и достаточно точно устанавливать требуемую скорость резания и подачу. Такая особенность дает возможность обрабатывать заготовки при оптимальных расчетных режимах.

 

 

Привод главного движения.

 

Шпиндельная бабка со шпинделем находится в проеме стойки. Она перемещается вертикально по направляющим, которые охватывают ее с боковых сторон. На обрабатывающем центре имеется массивная стойка портального типа, которая усилена ребрами жесткости. За счет такой компоновки обеспечивается высокая жесткость шпиндельного узла и точность его линейных перемещений. Вращение шпинделя обеспечивается электродвигателем М1. За счет регулирования двигателя и двухступенчатой коробки скоростей происходит изменение частоты вращения шпинделя. Для переключения диапазонов скоростей в коробке скоростей имеется подвижный блок зубчатых колес. Он может входить в зацепление с двумя шестернями, закрепленные на общей ступице и связанны со шпинделем зубчатой муфтой. Подвижный блок имеет два положения, которые соответствуют первому и второму диапазонам. Если включен первый диапазон скоростей, шпиндель вращается в пределах от 21,2 до 1000 об/мин, при этом постоянный крутящей момент равен 700 Нм. Если включен второй диапазон, частоты вращения шпинделя могут находиться в пределах от 1000 до 3150 об/мин, при этом постоянная мощность двигателя равна 14 кВт. При реверсе электродвигателя происходит изменение направления вращения шпинделя.

 

 

 

Глава 5. Приводы подач

 

Выбор электродвигателя.

 

Регулирование скорости подачи в металлорежущих станках осуществляется при постоянном максимально допустимом моменте, поэтому на выбор электродвигателя влияет не мощность, а момент сил сопротивления в механизме подачи. Величина этого момента определяется по составляющим силы резания с учетом момента трения в механизме подачи. При переменном моменте сил сопротивления расчет ведут по формуле эквивалентного момента.

 

В кинематической схеме привода подачи движение от электродви­гателя через редуктор с передаточным отношением i передается на ходовой винт и затем на исполнительный орган станка (стол, суппорт и т. д.). Параметры кинематической схемы (шаг ходового винта и передаточное отношение редуктора) определяются с помощью диапазона регулирования подачи, и возможностями двигателя. В техническом задании на электропривод подачи указывают мини­мальную и максимальную рабочую подачу, скорости, в пределах которых регулирование происходит при постоянном (максимальном) моменте, и скорость вспомогательных перемещений, осуществляемых при уменьшенном моменте сил сопротивления.

 

 

Таким образом, в приводе подачи необходимы два диапазона регулирования с различными условиями регулирования.

 

Использование высокомоментных двигателей с большим диапазоном регулирования частот позволяет при выборе соответствующего значения p обойтись без редуктора и соединить вал двигателя непосредственно с ходовым винтом.

 

 

Тяговые устройства привода подач.

 

Они предназначены для перемещения подвижных узлов станка по направляющим, обеспечивающим прямолинейное или вращательное движение. В кинематической цепи привода подач вспомогательных движений или главного привода тяговые устройства являются окончательным звеном.

 

 

Для обеспечения в проектируемом станке высоких технико-экономических показателей, таких, как производительность, точность, надежность, тяговые устройства должны удовлетворять следующим требованиям:

 

• обеспечивать заданный закон перемещения и скорости; для подавляющего большинства станков скорость должна быть постоянной;
  
  

• иметь высокий КПД;
  
  

• иметь высокую жесткость, которая является одной из главных характеристик тягового устройства и влияет на статические и динамические погрешности исполнительного узла станка;
  
  

• обладать малым моментом инерции, что определяет быстродействие привода и точность обработки;
  
  

• обладать высокой чувствительностью к малым перемещениям, т. е. иметь способность осуществлять движения на малых путях или с малой скоростью;
  
  

• отсутствие зазоров, особенно тогда, когда по характеру движения или действию внешней нагрузки имеет место раскрытие стыков;
  
  

• минимальный износ в процессе эксплуатации.

   

 

Движения подачи в станке.

 

Электродвигатели М2 и М4 обеспечивают перемещение шпиндельной бабки (ось Y), стойки (ось Z) и стола (ось X). Каждый двигатель имеет мощность по 2,8 кВт (при частоте оборотов n = 1000 об/мин).

 

Эти электродвигатели дают возможность, не используя коробку подач, получать рабочие подачи в пределах 1 – 2000 мм/об и подачи быстрых установочных перемещений со скоростью 8000 мм/мин.

 

Максимальная сила, затрачиваемая для перемещения стола и стойки, составляет 8 кН, для перемещения шпиндельной бабки 4 кН. Для вращения поворотного стола и инструментально магазина используются электродвигатели того же типа.

 

 

 

Глава 6. Направляющие станка.

 

Классификация направляющих.

 

Направляющие предназначены для перемещения подвижных узлов станка по станине, обеспечивая при этом правильную траекторию движения заготовки или детали, и для восприятия внешних сил.

 

В металлорежущих станках применяются следующие направляющие:

 

1. направляющие скольжения;

 

2. направляющие качения;

 

3. комбинированные направляющие;

 

4. направляющие жидкостного трения;

 

5. аэростатические направляющие.

 

 

	Рис. 3. Конструктивные формы направляющих скольжения: а- треугольные, б- прямоугольные, в- трапециевидные, г- круглые
	Рис. 4. Направляющие качения: а — плоские, б — призматические, в — с крестовым расположением роликов, г — шариковые; 1- тела качения, 2 – сепаратор

 

 

 

Глава 7. Шпиндельный узел

 

 

 

Рис. 5. Конец шпинделя станка ИР-500

 

Устанавливаются шпиндели в подшипниках качения. Материал шпинделя выбирается исходя из твердости и износостойкости рабочих шеек и базирующих поверхностей фланцев, а также стабильности размеров и формы шпинделя в процессе его изготовления и работы.

 

Шпиндели станков нормальной и повышенной точности изготавливают из сталей 40Х, 45, 50. Для упрочнения рекомендуется использовать поверхностную закалку с индукционным нагревом до получения твердости 48...56 HRC.

 

Когда закалка с индукционным нагревом технологически трудна применяется объемная закалка, которая обеспечивает твердость 56...60 HRC, используется преимущественно для шпинделей сложной формы, например с конусными отверстиями небольшого размера, с фланцами, пазами для крепления сухарей и т.д. Обычно объемной закалке подвергают только переднюю часть шпинделя. В этом случае шпиндели рекомендуется изготовлять из стали 50Х.

 

Если выполнение объемной закалки затруднено, и при это необходима твердость 54…59 HRC, то шпиндели изготавливают из сталей 40ХФА и 18 ХГТ с последующим азотированием или из сталей 18ХГТ и 20Х с последующей цементацией. При азотировании возможно также применение стали марки 40Х, но износостойкость в этом случае будет несколько меньше.

 

 

 

Глава 8. Несущая система станка

 

Правильное взаиморасположение инструмента и заготовки под действием силовых нагрузок и температур обеспечивается базовыми деталями несущей системы станка. К ним относятся: основание, станина, стойка, стол, траверса, суппорт и т. д.

Требования, предъявляемые к несущей системе: соблюдение точности изготовления ответственных поверхностей; долговечность, детали несущей системы должны сохранять стабильность формы и размеров в течение заданного срока эксплуатации; жесткость; устойчивость к вибрациям; малые деформации при воздействии температуры. Добиться выполнения этих требований позволяет правильный выбор материала составляющих деталей и рациональная конструкция.

Для изготовления деталей несущей системы используют такие материалы как чугун, сталь, бетон, полимер-бетон. Станины изготавливают, обычно отливая их из серого чугуна высокого качества и редко выполняют сварными из стали. Станины тяжелых станков могут быть сделаны из железобетона, они хорошо воспринимают вибрации и меньше подвергаются тепловым деформациям.

 

 

Глава 9. Типичные представители

 

 

 

 

Рис. 6. Четырех/Пятиосевой горизонтальный обрабатывающий центр модели Clock 1200 производства МСМ (Италия).

 

 

Ход по оси Х, мм	1200
Ход по оси Y, мм	900/1000 (опционально для 5 осевого исполнения)
Ход по оси Z, мм	830/1000 (опционально для 5 осевого исполнения)
Осевое усилие X/Y/Z, даН	1300
Скорость ускоренного перемещения X/Y/Z, м/мин	75/60/75
Размер паллеты, мм	630х630/630х800
Максимально допустимая нагрузка на паллету, кг	1000
Точность позиционирования – линейные оси (А), мкм	4
Точность позиционирования – круговые оси (А), арксек	4
Максимальная скорость (стандартная версия), об/мин	10000
Максимальная мощность (стандартная версия), кВт	70
Максимальный момент (стандартная версия), Нм	418
Количество инструментов (стандартная версия)	80
Время смены инструмента, с	2

 

 

 

В модели Clock 1200 объединены гибкость, повышенная динамика, жесткость и точность. Станок основан на классической конструкции, основание которой имеет Т-образную форму со стойкой, выполняющей поперечное перемещение, и столом, выполняющим продольный ход. Модель Clock 1200 может быть выполнен в 2-х паллетной, многопаллетной версии или в виде ГПС.

 

Гибкость конфигурации станка данной модели позволяет интегрировать его в большинство систем автоматизации.

 

Цельная станина была спроектирована таким образом, чтобы получить высокую жесткость, сохранить геометрию станка в течение длительного периода времени. Конструкция осей гарантирует оптимальное расположение направляющих и винтов ШВП для достижения повышенной жесткости и превосходных динамических свойств. В качестве важных примеров можно привести значительный наклон направляющих оси Х в сочетании с центральным барицентрическим расположением ШВП оси Y.

 

  

 

Рис. 7. BO 2500 CNC - Горизонтальный обрабатывающий центр с ЧПУ

 

 

технол. ход, ось X	2500 мм
технол. ход, ось Y	2000 мм
технол. ход, ось Z	1600 мм
технол. ход, ось W	800 мм
размеры стола	1400 х 1600 мм
макс. допуст. нагрузка стола	10000 кг
диапазон частоты вращения	10 - 1200 об/мин
точность позиционирования, ось X	0,042 мм
точность позиционирования, ось Y	0,032 мм
точность позиционирования, ось Z	0,032 мм
мощность двигателя гл. привода (пост./30 мин.)	22/30 kW

 

  

Тяжелая конструкция станка

 

• все блоки станков - станина, стол, колонна, опора и головка изготовлены из качественного литья, тяжелого исполнения
  
  

• современный процесс производства, находящийся под постоянным контролем обеспечивает высокую точность сборки всех блоков
  
  

• конструкция станка с широкой опорой стола и широкие направляющие по всей рабочей длине позволяют обрабатывать детали весом до 10 тонн
  
  

• массивная головка шпинделя с балансировкой гарантирует высокую динамичность при отличной стабильности

 

 

4-сторонняя обработка

 

• управляемый рабочий стол, с индексацией по 90°, обеспечивает эффективную полную обработку за один установку
  
  

• дезайн консоли главного шпинделя позволяет производить ход по оси W до 800 мм, что является преимуществом при расточке глубоких контуров или корпусов
  
  

• большой запас охлаждающей жидкости и мощный насос обеспечивают эффективное охлаждение инструмента

 

Мощная обработка

 

• стабильный термический режим привода главного шпинделя при длительной нагрузке обеспечивается масляной системой охлаждения, котролируемой термостатом
  
  

• установленные по всем осям ШВП большого диаметра, с высокой жесткостью на скручивание, позволяют достичь высокую точность позиционирования
  
  

• главный шпиндель, программируемый 2-ступенчатой коробкой передач, обеспечивает высокий крутящий момент во всем диапазоне частоты вращения
  
  

• 130 мм фрезерный шпиндель, на подшипнике FAG, гарантирует равномерный ход и высокую производительность
  
  

• минимальные затраты на техобслуживание благодаря автоматической центральной системе смазки, полностью закрытым, защитными кожухами, направляющим и транспортеру для стружки, способствуют повышению продуктивности
  
  

• гидравлический блок зажима инструмента и переключения коробки передач практически не требует техобслуживания.