3-х координатный фрезерный станок с ЧПУ

Основные тенденции и перспективы развития вида станков. Выбор технических характеристик станка

Электромеханические 3-х координатные фрезерные станки

Фрезерные станки , перемещаются по трем осям, по средством электромеханического или электрогидравлического привода. Станки имеют различные типы двигателей. Во фрезерных станках с ЧПУв качестве привода главного движения используют асинхронные двигатели (в этих случаях имеется коробка скоростей) или электродвигатели постоянного тока.

Считается, что усовершенствованная схема — использовать мотор-шпиндели, которые регулируют частоту вращения бесступенчато, в широком диапазоне.

Привод подач 3х координатных фрезерных станков, оснащен системой числового программного управления , также электромеханической. Для передачи крутящего момента, вала двигателя, до исполнительного механизма , используют короткие кинематические цепи, где главная выступает ШВП, шарико-винтовая пара. Станки последнего поколения, имеют двигатели, которые непосредственно связаны с исполнительным механизмом.

В 3-х координатных фрезерных станках используют контурные системы ЧПУ, которые дают возможность создать сложные траектории. При покупке станков, дополнительные оси, считаются опцией, управляться они могут, как этой же стойкой, так и подключаемой (синхронизацией УП).

Электрогидравлические 3-х координатные фрезерные станки

В 3-х координатных станках с электрогидравлическим приводом для главного движения используют электромеханическая схема. Гидравлические устройства применяют для движения подачи, перемещений шпиндельной бабки и консоли. Работают от дискретных двигателей. Как правило, для высокоточного фрезерного станка, за один импульс двигателя, стол фрезерного станка, перемещается до 0,005 мм. Конструкция обеспечивает, с одной стороны, высокую точность, а с другой — дает возможность регулировать скорость перемещения в широких диапазонах, эти станки считаются высокоточными и стоят дороже простых аналогов.

Компоновка станка

Кинематическая структура станка - основа построения компоновки.

Фрезерные станки с числовым программным могут обрабатывать плоские и пространственные поверхности деталей сложной формы. По конструкции, станки с ЧПУ сравнимы с универсальными станками и в дополнение к ним имеют возможность автоматически обрабатывать деталь по заданной управляющей программе.

Фрезерные станки с СПУ обладают следующими подразделениями:

• Расположением шпинделя;

• По числу координат перемещений стола или фрезерной бабки;

• По числу используемых в обработки инструментов (одноинструментные и многоинструментные);

• По способу закрепления инструментов в шпиндель станка (вручную или автоматически).

По компоновке фрезерные станки с ЧПУ разделяют на четыре группы:

• вертикально-фрезерные с крестовым столом (652ОФ3, МА655Ф3 и др.);

• консольно-фрезерные (6Р13Ф3, 6Р13РФ3 и др.);

• продольно-фрезерные (6М610Ф3-1 и др.);

• широкоуниверсальные инструментальные.

В вертикально-фрезерных станках с крестовым столом (рис. а) стол перемещается в продольном (ось X) и поперечном (ось Y) горизонтальном направлениях, а фрезерная бабка - в вертикальном направлении (ось Z).

В консольно-фрезерных станках (рис. б) стол перемещается по трем координатным осям (X,Y и Z), а бабка неподвижна.

В продольно-фрезерных станках с подвижной поперечиной (рис.4, в) стол перемещается по оси X, шпиндельная бабка - по оси Y, а поперечина - по оси Z. В продольно-фрезерных станках с неподвижной поперечиной (рис. г) стол перемещается по оси X, а шпиндельная бабка - по осям Y и Z.

В широкоуниверсальных инструментальных фрезерных станках (рис. д) стол перемещается по осям X и Y, а шпиндельная бабка - по оси Z.

Фрезерные станки в основном оснащаются прямоугольно- контурными устройствами ЧПУ.

Приводы главного движения

Структура привода

Отличием 3 координатных фрезерных станков от 4 и 5 осевых в том, что он не имеет этих осей, в 4х координатном станке 4 осью является ось А, в 5 координатном используется, поворотная люлька и он уже имеет ось А и Б. Замечено, что чем проще компоновка станка, где ось Х выполнена перемещением на стола ,а по У и Z перемещается шпиндельный узел, то жесткость на этих станках больше, и их используют для черновых механических операциях.

Направляющие станка

Различают направляющие по траектории движения узлов на: направляющие прямолинейного и кругового движения. По форме поперечного сечения : ласточкин хвост, прямоугольные, круглые.

А) Направляющие качения

Направляющие качения состоят из опорных элементов: рельс-каретка, линейный подшипник-вал или рельс-рельс с плоским сепаратором.

Рассмотрим комплект рельс-каретка.

Рельс. Все посадочные места здесь шлифуются и проходят закалку, также и дорожки качения, служащие для перемещения тел качения.

Каретка направляющей имеет:

• Корпус

• Тела качения

• Обойма

• Торцевые крышки

Под разделятся в зависимости от тела качения:

1) Шариковые направляющие качения

2) Роликовые направляющие качения. Применяются при больших нагрузках на  станках с ЧПУ

Ролики в отличии от шариков дают большую жесткость направляющей, ее долговечность и грузоподъемность.

Преимущества направляющих качения:

1. Малый коэффициент трения.

2. Легкое перемещение.

3. Высокоточное перемещение и позиционирование.

4. Высокая скорость подачи.

Недостатки направляющих скольжения:

1. Быстро загрязняются.

2. Плохо противодействуют скачкам.

3. Дорогостоящие.

Основные производители направляющих качения:

• BOSCH (Германия)

• HIWIN (Тайвань)

• THK (Япония)

• SKF (Швеция)

Б) Направляющие скольжения

Направляющие скольжения и направляющие качения, выполняют одинаковые функции.

По виду трения скольжения их подразделяют:

• Гидростатические – смазочный слой образуется подачей под высоким давлением масла в специальные карманы.

Гидростатические направляющие скольжения

• Гидродинамические направляющие- отлично зарекомендовали себя при высоких скоростях. В этих направляющих используется гидродинамический эффект- эффект всплывания подвижного узла. В конструкции есть клиновые скосы и при перемещении в эти сужающиеся зазоры подается смазка.

• Аэростатические направляющие- за место масла здесь подается, сжатый воздух. Конструктивно похожи на гидростатические направляющие. К недостаткам относят- малая нагрузочная способность.

Масла для направляющих соответствуют стандартам DIN 51 502 и ISO 6743-13.

Достоинства направляющих скольжения:

• Жесткость на кручение

• Малый люфт

• Большая нагрузочная способность

• Надежность и долговечность работы.

Производители направляющих скольжения:

• SCHNEEBERGER GmbH (Германия)

• ZITEC Industrietechnik GmbH (Германия)

• item Industrietechnik GmbH

• KAMMERER Gewindetechnik GmbH (Германия).

Шпиндельные узлы станка

Основные проектные критерии. Конструкция шпиндельного узла и факторы ее определяющие

Шпиндель фрезерного станка обеспечивает надежное крепление оправки с режущим инструмент. Механизм шпинделя фрезерного станка гарантирует его стабильность к значительным раксиальным и радиальным перегрузкам, прекрасныйзапаспрочностиработыпри тяжелой эксплуатации.

Условное деление по исполнению:

• вертикального исполнения;

• горизонтального исполнения;

• универсального исполнения.

По скорости вращения:

• низкооборотисные (до 2500 об/мин). Нередко используются для передачи высоких крутящих оборотов от двигателя к КС. На шпинделе имеется одна или много зубчатых пар шестерен.>

• высокооборотистые (2000~24000) об/мин, ременная или прямая передача момента от двигателя. Используются различные зубчатые или соединительные безлюфтовые муфты.

• Ультравысокооборотистые 15000~70 000 об/мин. часто представлены в виде моторшпинделей, т.е. со встроеннными обмотками и датчиками

По способу смены инструмента:

• ручные (штревель, болт, цанга)

• автоматические (штревель и грейфер)

   

Особенности конструкции вала фрезерного станка

Это пустотелый удлиненный вал, сделанный из высоколегированной стали. Передняя часть расточена изнутри и отшлифована под конус (Морзе, ISO, BT, HSK и т.д) Это необходимо для жесткого крепления оправки в шпинделе станка. Закрепление оправки с режущим инструмент осуществляется с помощью внешнего усилия и может быть как ручным(оператором станка) так и автоматическим.

Валсостоит изузлов —недвижимогокорпуса, подвижных частей, подшипников, узла зажима/разжима, охлаждения, обдува, подачи СОЖ, регулирующих гаек, балансирныхколец и т.д.

Анализ неудачных решений в шпиндельных узлах

Повышенное радиальное биение

Радиальное биениевыражается в сниженииточностиобрабатывания фрезой плоскостидетали. Контроль величины радиального биения выполняютособыми индикаторами.
Причин высокого радиально биения способенявлятьсяряд:
• изогнутость рабочеговала (способенпоявитьсяиз-аудараприобработке фрезерованием) –поправляется правкой вала шпинделя
• недостаточная медленность подшипников, зазоры – поправляетсярегулированием подшипников, помощью гайки затяжки подшипников шпинделя
• износ подшипников – поломка устраняется сменой подшипников
• износ посадочных шеек подшипников в валу – метод ликвидациизаключается в восстановлениивала шпинделя

Необходимость замены смазки в подшипниках

В случае если вал работал в условиях высокой загрязнённости, в подшипники могли угодить пылища и грязь. Кроме того пылеобразование может формироваться из-за работы шпинделя в нештатных системах и активном износе посадочных гнёзд в валу.

Неисправность выражается в увеличенном температурном режиме подшипников.

Износ подшипников с необходимостью их замены

О износе подшипников способен говорить, к примеру, звук в верхнем подшипнике. Условиями износа подшипников:

• неправильная монтаж подшипников в валу шпинделя

• загрязнение смазки подшипников (если промазывание уже после засорения никак не существовала вовремя заменена)

• повышенные перегрузки присутствие обрабатыванию (высокие подачи, никак не предустановленные критериями эксплуатации фрезеровального станка)

• общий изнашивание шпинделя.

Несущая система станка

Назначение несущей системы. Основные проектные критерии.

Несущая система — совокупность базисных элементов и узлов между режущим инструментом и деталью.

К базисным элементам и узлам относятся:

корпусные детали (станины, основания, стойки, колонны, корпуса шпиндельных бабок и т.д.);

каретки, суппорта;

ползуны;

траверсы.

Коробчатые базисные детали— шпиндельные бабки, коробки скоростей и подач. Они гарантируют прочность конструкций станка из-за счёт повышения жесткости их стен посредством установки бобышек и рёбер.

Кроме неподвижных базисных элементов в станках используются участки с целью передвижения инструмента и болванки. К ним принадлежат: шпиндельные и мехатронные участки, суппорты, салазки, столы (прямоугольной либо выпуклой фигуры): подвижные, недвижимые.

Типичные представители станков