Частное предприятие Intellectronics. Обработка на станках с ЧПУ

Применение ЧПУ не только поменяло характер организации производства, но и коренным образом повлияло на изменение технических решений самого оборудования.

Для реализации идеи ЧПУ необходимо выполнение ряда жестких требований к конструкции, без которого использование систем малоэффективно. Прежде всего системы ЧПУ позволяют обеспечить высокую точность перемещения исполнительных органов (шаг менее 1 мкм). Например, для оборудования по механической обработке для переноса этой точности на размеры обрабатываемых заготовок деталей и получения при этом шероховатости Rа не более 0,2 мкм, а также поддержания их в течение всего периода эксплуатации необходимо, чтобы механические узлы удовлетворяли соответствующим требованиям, например точности перемещений рабочих органов в строгом соответствии с управляющей программой. Поэтому оснащение оборудования системами ЧПУ повлекло пересмотр их конструкций следующим образом.

1. Базовые узлы выполняют более жесткими, при этом станина должна обеспечивать удобный доступ к обрабатываемой заготовке детали и свободный сход стружки (для станков по механической обработке). С этой целью в станках токарной группы применяют наклонные станины с плоскими или круглыми направляющими. Направляющие выполняют более износостойкими, с малым коэффициентом трения (качения, гидростатические или на воздушной подушке).

Большие расстояния между стальными закаленными направляющими и увеличенные площади их опорных поверхностей обеспечивают малое распределенное давление, возникающее от усилий резания, отсутствие вибраций при нагруженных режимах резания. Создана надежная защита от загрязнений и используется автоматическая смазка направляющих, что обеспечивает долговечность работы станка с сохранением постоянной точности. Вместо традиционных материалов для станин (стали или чугуна) все чаще применяют керамические типа искусственного гранита, обладающие при меньшей массе к тому же и меньшей чувствительностью к вибрациям и изменениям температур. На самых современных моделях предусмотрено принудительнос охлаждение станины и шпиндельных бабок через сеть каналов с охлажденным маслом. Такое техническое решение обеспечивает стабильность точности при длительной обработке.

2. По сравнению с традиционным обрабатывающим оборудованием у станков с ЧПУ изменился принцип построения кинематических схем и компоновок. Разветвленные кинематические связи уступили место элементарно простым связям с автономными приводами по каждой из координат перемещения. Наряду с асинхронными двигателями стали использовать шаговые и линейные, обеспечившие более высокую точность позиционирования исполнительных элементов. При этом узлы привода главного движения обеспечивают бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя и передачи крутящего момента, а узлы привода подач (в случае невозможности использования прямого привода двигатель – инструмент) выполняют с короткими кинематическими (беззазорные редукторы) и шариковыми винтовыми парами, обеспечивающими высокую жесткость, плавность хода, минимальные потери на трение. Пример прямого привода – это электрошпиндель, интеграция шпинделя и электродвигателя, т.е. случай, когда ротор электродвигателя является единым целым с телом шпинделя. Это техническое решение обеспечивает лучшую передачу мощности, высокую и стабильную точность обработки (благодаря отсутствию люфтов в передачах), отсутствие нагрева (свойственного ременной или зубчатой передачам) и повышенной шумности работы.

3. В станки встраивают дополнительные автоматические устройства:

Для металлорежущих станков изменилась конструкция шпинделя, в который встраивают устройства автоматического зажима и разжима инструмента. В инструментальном шпинделе и в качестве приводного инструмента револьверной головки можно использовать инструмент с внутренней подачей СОЖ.

4. Изменилась компоновка станков. Так, шпиндели токарных станков расположены, как правило, в отдельном корпусе передней бабки, вследствие чего возможны се минимальные исполнительные размеры и высокая жесткость. Симметричная форма бабки обеспечивает термическую стабильность и минимальное изменение размеров при повышении температуры. Переднюю опору шпинделя выполняют на спаренных подшипниках с предварительным натягом, что обеспечивает повышенную точность. Независимая смазка подшипников шпинделя снижает потери на трение и увеличивает их долговечность.

5. В конструкциях станков предусмотрена установка автоматических измерительных систем с обратной связью. При этом измерительные элементы нс вносят возмущения в процесс обработки. По результатам измерения параметров инструмента и обработанных поверхностей заготовок деталей система определяет величину необходимой поднастройки станка и выдает сигнал для ее осуществления. Скорость опроса системой управления чувствительных элементов высока. Как правило, шаг опроса не превышает 0,001 с, такт управления положением в пространстве менее 0,3 мс. Современные модели оборудования выполняют таким образом, что реальный процесс обработки через систему измерения и сопоставления его в компьютере с заданным процессом выносится в удобном для оператора виде на дисплей. Это позволяет визуально наблюдать за процессом обработки.

6. Внешний вид оборудования с ЧПУ отличается от традиционного – его формы упростились, приблизившись по возможности к однообъемным. Как правило, по внешнему виду стало трудно визуально определить, для какого вида обработки предназначено данное оборудование.
Указанные изменения обусловлены не столько эстетическими причинами, сколько функциональными и эргономическими. Во-первых, зоны обработки во многих процессах целесообразно было закрыть сдвижными створками, так как функционирование происходит в автоматическом режиме без участия оператора. Во-вторых, оказалась необходимой защита окружающей зоны у оборудования от вылета стружки, разбрызгивания и испарения СОЖ, поскольку существенно увеличились интенсивность режимов обработки и охлаждения. Положительное следствие использования закрытой зоны – снижение уровня шума, исходящего из области обработки, повышение безопасности персонала.

7. Более эффективно используются принципы агрегирования и унификации, что создает предпосылки для появления станков для комплексной обработки (многооперационных центров) и интегрированных систем комплексной автоматизации на основе станков с ЧПУ и централизованного управления от ЭВМ.