Kõrgjõudlusega töötlemiskeskuste struktuuriomadused

Erinevus suure jõudlusega töötluskeskuste ja kiirete töötluskeskuste vahel seisneb selles, et neil pole mitte ainult kiirelt pöörlevat spindlit, vaid neil on ka ülitäpsed lineaarsed liikumisjuhikud, suure võimsusega spindlimootorid, täppisspindli laagrid, kuulkruvid, ülitõhusad servoajamid ja täiustatud CNC-süsteemid. Seetõttu saab töötlemiskeskus töödelda ülitäpseid osi suure tõhususega, parandades oluliselt turu konkurentsivõimet.
1. Lineaarse liikumise juhtsiin
Töötlemiskeskuse teljesuunalise liikumise kiirus ja täpsus on kiire lõikamise saavutamiseks üliolulised. Lineaarse liikumise juhtrööpa hõõrdetegur on vaid 1/20 tavalise ruudukujulise juhtrööpa omast. Tulenevalt asjaolust, et lineaarse liikumise juhtrööpa rullide ja juhtrööpa vaheline kontaktpind on palju väiksem kui ruudukujulisel juhtsiinil, väheneb ka energiatarve 1/20-ni ruudukujulise juhtrööpa omast, ja see võib pikka aega säilitada minimaalset kulumist, parandades oluliselt juhtrööpa kasutusiga. Täpse lineaarse liikumise juhtrööpa karastatud kõvadus on HRC{5}}, mis on lihvitud täppisjuhislihvimismasinaga. Erinevalt tavalistest ruudukujulistest juhtsiinidest on sellel vähemalt üks V-kujuline juhtsiin. Kahe lineaarse juhtrööpa lihtsa konstruktsiooni tõttu on seda lihtne töödelda, kokku panna, mõõta ja sobivat rulli läbimõõtu valida. Lineaarse liikumise juhtsiin on suure jäikusega ning selle ja töölaua vahel puudub tühimik, mistõttu see tekitab harva vibratsiooni ja suudab töödelda väikese pinnakaredusega osi, pikendades tööriista kasutusiga.
2. Täpne kuulkruvi
Tööpingi kuulkruvi läbimõõt ja samm mõjutavad otseselt töödeldud osade täpsust, eriti etteandekiiruse lõiketingimustes. Lineaarseid liikumisjuhikuid kasutavad suure jõudlusega töötluskeskused valivad väikese läbimõõduga ja peene sammuga ühepealised kuulkruvid. Mõned kasutavad ka jämeda sammuga mitme peaga kuulkruve. Üldiselt kasutatakse kuulkruvide keeramiseks servomootoreid kasutavat ülekandeskeemi. Kuulkruvi töötamise ajal muutub aga veereelemendi pöörlemistelje suund, kui see liigub spiraalselt, mille tulemuseks on güroskoopiline liikumine. Kui güroskoopiline liikumismoment ületab kuuli kere ja võidusõiduraja vahelise hõõrdejõu, libiseb veerev keha, põhjustades tugevat hõõrdumist ja tõstes kruvi temperatuuri. Samal ajal suureneb vibratsioon ja müra, mis lühendab kruvi eluiga ja vähendab kuulkruvi ülekandekvaliteeti. Ülaltoodud tehniliste probleemide tõhusaks lahendamiseks on välja töötatud uut tüüpi suure jõudlusega veerekruvi, planetaarrullkruvi. Uute tehnoloogiate pideva arendamisega, ülikõrge etteande tingimustes, ulatub töölaua kiirendus üle 3g, seega on ka liikuvate osade inertsjõud üsna suur. Mehaanilise osa projekteerimisel tuleb püüda vähendada liikuvate osade massi ja pöörlevate osade pöörlemisinertsust, parandades veelgi etteandesüsteemi jäikust, tundlikkust ja täpsust.
3. Suure võimsusega tööpinkide spindli mootor
Paljude tegurite hulgas, mis mõjutavad tööpinkide spindli mootori võimsuse valikut, on kõige olulisemad spindli koonus, töötlemisel valitud lõikekogus (lõikekiirus), detaili suurus ja tööriista suurus. Suure koonusvõlli valimine võib teostada suure võimsusega lõikamist, kuid mõnikord võib kiireks kiirendamiseks ja aeglustamiseks kasutada suure võimsusega mootorit ka väikese koonusvõlli ajamiseks. Suure lõikekiirusega töötlemiseks on vaja valida suur koonusvõll ja suure võimsusega tööpinkide spindlimootor. Osade materjal mõjutab tööpingi spindli mootori võimsuse valikut vähe. Näiteks sepistamise ja valandite puhul pole suure võimsusega lõikamine vajalik. Tööpingi spindlil suurel kiirusel töötlemiseks valides tuleb aga valida suure võimsusega mootor. Põhjus, miks suure võimsusega ajam on vajalik ka suurte detailide töötlemiseks, on see, et see nõuab suure läbimõõduga lõikeriistade kasutamist.
4. Spindli laagrid
Spindli laagrite tüüp ja skaala peavad vastama kasutustingimustele. Suured laagrid võivad pakkuda suurt tugevust ja jäikust. Suurtel laagritel on aga kaks puudust:
1) Tänu suurte laagrite suurele massile ja suurele laagritevahelisele kontaktpinnale tekib suurel spindlikiirusel palju soojust. Pikaajaline kokkupuude suure kuumusega võib põhjustada spindli suuruse suurenemist, mis mõjutab töötlemise täpsust.
Kvaliteetse spindli käitamiseks on vaja suure võimsusega mootorit. Kuigi laagri sisemist rõngast jahutatakse määrdeõliga, suurendavad suured laagrid nende kandevõimet ja pöörlemisinertsust suurtel kiirustel, mille tulemusel suureneb vajalik võimsus. Eriti kui spindli pöörlemissagedus suureneb, suureneb energiatarve. Kuid lõikamisel ei kuluta kogu energiat ära. Näiteks 40 hobujõulise spindli lõikepeale saab mõjuda ainult 15-20 hobujõudu, ülejäänud osa kasutatakse spindli pööramiseks. Suure võimsusega spindli puhul suudab see avaldada lõikavale detailile võimalikult palju jõudu ja juhtida spindlit suurima kiirusega väga väikese võimsusega. Spindlile rakendatavat võimsust saab arvutada spindli maksimaalse pöörlemiskiiruse alusel tühikäigu tingimustes, et määrata tööpingi tarbitud võimsust. Suurel kiirusel lõikamise tõttu tekitavad padrun ja tööriist lõikejõudude mõjul radiaalset kõrvalekallet ja mittekontsentrilisust, mille tulemuseks on suurenenud lisajõud või tasakaalustamata tsentrifugaaljõud.
2) Väikese läbimõõduga laagrite mitme rea kasutamine ei mõjuta spindli jäikust ja see on üsna kasulik ka spindli laagrite eellaadimisel. Eelkoormus laagritele viitab tavaliselt rõhule, mida spindli avaldab laagritele staatilistes tingimustes. Üldiselt kasutatakse eelkoormusi spindli jäikuse parandamiseks ja lõikevõimsuse suurendamiseks. Kuid laagritele mõjuva rõhu suurenemise tõttu suureneb soojuse teke, mis kiirendab ka laagrite kulumist. Lõiketööriista lõikejõudluse parandamiseks ja selle kasutusea pikendamiseks rakendatakse mitmerealistele laagritele väikest survet, mis võib suurendada tööpingi spindli jäikust ja saavutada ülaltoodud eesmärgid.
Pikemas perspektiivis suureneb turu nõudlus magnetiliste, pneumaatiliste ja hüdrostaatiliste laagrite järele märkimisväärselt. Kuid praegu on kiirlõikamisel kõige sagedamini kasutatavad kaks järgmist tüüpi: radiaalsed tõukejõu laagrid ja kuullaagrid. Standardsete tööpinkide spindli pöörlemissageduse tingimustes paigaldatakse spindli esiotsa sageli rida kuullaagreid ja rida radiaalseid tõukelaagreid ning spindli tagumisse otsa kaks rida kuullaagreid. Sest kuullaagrite rea paigaldamine spindli esiotsa võib oluliselt parandada spindli jäikust ja suurendada selle kandevõimet. See on suure koormusega lõikamise jaoks ülioluline. Kuna aga kuullaagritel on suurem kontaktpind ja need on raskemad kui radiaalsed tõukejõu laagrid, tarbivad nad rohkem energiat ja toodavad rohkem soojust, mis võib kergesti põhjustada spindli suuruse suurenemist ja väiksemat võimsuskasutust. Kiire lõikamine võib vähendada spindlile ja lõiketööriistadele mõjuvat radiaalset jõudu. Sel viisil tagab spindli esiotsa paigaldatud radiaalne tõukelaager piisava jäikuse ja stabiilsuse, vältides tööpingi spindli kuumenemisest tingitud mõõtmete laienemist.
Laagrimaterjalide mõistlik valik on sama oluline kui laagri tüüp. Kuigi laagrite terasest valmistatud laagreid kasutatakse endiselt laialdaselt, on praktika näidanud, et keraamiliste laagrite kasutamisel kiirlõikamisel on palju eeliseid. Kuigi laagrite terasest laagrid on odavad, on nende kaal palju raskem kui samade näitajatega keraamilistel laagritel. Tänu oma suurele kaalule ja suurele soojuse tekkele kiirlõikamisel tuleb paigaldada kompleksne jahutus- ja määrimissüsteem. Samal ajal suureneb spindli pöörlemiskiiruse kasvades laagrile mõjuv tsentripetaaljõud, mis põhjustab laagri temperatuuri tõusu, mille tulemuseks on spindli mõõtmete suurenemine, mis mõjutab töödeldud detailide mõõtmete täpsust ja suurendab tööks vajalikku võimsust. tööpingi spindel. Keraamilised laagrid lahendavad oma kerge kaalu tõttu selle tehnilise probleemi tõhusalt. Lõikekatsed on näidanud, et kiirus, millega keraamilised laagrid suurendavad spindli suurust, on vaid 1/40 laagrite teraslaagrite kiirusest. Põhjus on selles, et sellel on vaid väike tsentripetaalne jõud, mis mõjub laagrile kiirel lõikamisel. Samal ajal saab tööpinkide spindli jäikuse ja lõikevõime parandamiseks rakendada ka keraamilistele laagritele suurt eelkoormust. Ülaltoodud omaduste tõttu on keraamilistel laagritel pikem kasutusiga.
Kaasaegne tööpinkide spindlitehnoloogia võimaldab tööpinkidega hõlpsalt reguleerida spindli laagritele rakendatavat eelkoormust vastavalt spindli kiirusele. Tööpingi spindli pöörlemiskiiruse suurenemisel suureneb tsentripetaaljõu suurenemise tõttu ka laagrile mõjuv koormus. Vastupidi, laagrile mõjuv koormus väheneb. Seetõttu väheneb laagri kuumus ja laagri mõõtmete laienemine. Muidugi on kiirlõikamisel lubatud ka laagrile väga väike eelkoormus, nii et tööriistale mõjuv lõikejõud on väga väike, mis võib vähendada tööpingi jäikuse nõuet. Väikestel spindlipöördetel on siiski vaja laagritele eelnevalt suuremat koormust rakendada, kuna tööriista lõikejõu suurendamine suurendab ka spindlile mõjuvat jõudu.
5. Spindli mootor ja ülekandesüsteem
Praegu on tööpingi spindli ja mootori vahel kaks ühendusmeetodit, üks on rihma või käigu kaudu; Teine on otseülekanne, mis tähendab spindli mootori otsest ühendamist spindliga või spindli mootori ja spindli samaaegset paigaldamist komposiitseadmele, mida nimetatakse komposiitvõlliks.
Rihm- või hammasülekande eeliseks on see, et spindlimootor suudab saavutada suure spindli pöörlemiskiiruse ka aeglasel pöörlemisel. See edastusviis on madala mootori pöörlemiskiiruse ja väikese sisendvõimsuse tõttu odav, kuid sellel on järgmised puudused: selle keeruka struktuuri tõttu on see kalduvus talitlushäiretele ja ebamugavale hooldusele. Samal ajal tekib vibratsioon ka rihma, hammasratta ja spindli vahel. Kuna struktuur on veelgi lihtsustatud, väheneb liikuvate osade arv veelgi, mis võimaldab ka spindlil kiiremini kiirendada ja aeglustada. Vastupidi, rihma- või hammasrattaga käitatav spindel sisaldab spindlit, võllipesa, elektrimootorit, rihmaratast või hammasratast jne. Iga komponent koosneb erineva kaaluga materjalidest, mis tekitavad suurel kiirusel pöörlemisel hõõrdumise tõttu soojust. . Materjalide erineva kaalu ja jõu tõttu on ka erinevates kohtades tekkiv soojus erinev, mille tulemuseks on erineva suurusega paisumine spindli erinevates osades. Rasketel juhtudel võib see põhjustada spindli deformatsiooni, mis mõjutab selle suurust, geomeetrilist kuju jne. Otseajamiga spindlil on seevastu ühtlane termiline deformatsioon ja isegi ülikiiretel kiirustel võib seda jahutada jahutusvedelikuga. läbi spindli sisemise ava. Seetõttu ei mõjuta see põhimõtteliselt spindli täpsust ja suudab stabiilsemalt tagada töötlemise kvaliteedi.
6. Jahutus ja määrimine
Lõiketöötlusel, kui jahutusvedelikku ei lisata, põhjustab see spindli suuruse laienemist. Tööpingi spindli suure täpsuse tagamiseks on vaja spindlit ja laagreid stabiilselt juhtida, et need oleksid kindla suurusega. Praegu valivad tavalised tööpingid spindli ja laagrite jahutamiseks vastavalt erinevatele spindlistruktuuridele välise jahutuse, sisejahutuse või kombineeritud sise- ja välisjahutusmeetodid. Üldiselt tuleks aga võimalikult palju kasutada välist jahutust. Jahutamisel juhitakse lõikepealt spindlile ülekantud soojus õhku.
Tööpinkide kasutusmäära tõhusaks parandamiseks ja energiatarbimise vähendamiseks on soovitatav kasutada jahutamiseks udujahutus- või pihustusjahutusõli spindli jahutussüsteeme. Eriti kiirete töötlusmasinate puhul on soovitatav valida spindli jahutussüsteem masina spindliga saavutatavast maksimaalsest kiirusest ja laagrite jaoks valitud materjalist. Määrake valitud jahutussüsteem tööpingi spindli pöörlemiskiiruse ja laagrite välisläbimõõdu põhjal. Kui mõlemat tüüpi laagrid valivad laagrite teraslaagrid, on soovitatav valida pihustusõliga jahutussüsteem. Muidugi nõuab viimane võrreldes nende kahega suures koguses jahutus- ja määrdevedelikku, mis suurendab tööpingi voolutarbimist.
7. CNC süsteem
Kaasaegne CNC-tehnoloogia võimaldab tööpinke töödelda ettenihkekiirusega 38,1 m/min. Peamine põhjus on see, et töötlemisel saab valida suuri lõikekiirusi. Samal ajal peab tööpink olema varustatud suure kiirusega ja suure eraldusvõimega servomootoritega. Lisaks on suure täpsuse tagamiseks nõutav ka kõrge eraldusvõimega servomootorite võime signaale kiiresti töödelda. Loomulikult on suure eraldusvõimega servomootori olemasolu ilma protsessori töökiirust suurendamata kasutu. Kuna kõrge eraldusvõimega servomootoritel on töötlemiseks rohkem andmeid kui nende eelkäijatel, vajavad nad tekstitöötluseks suurt kiirust. Sõnarühmatöötluse kiire kiirus võimaldab kiiresti andmeid töödelda ja impulsse servomootorile saata. Sel põhjusel on üldjuhul vaja servomootoril seadistada kaks 32-bitist protsessorit, et need vastaksid kasutusnõuetele ja töötleksid kiiresti töötlemise käigus kogutud suurt hulka andmeid ja vajadust teha keeruliste arvutustega kiiresti keerukaid arvutusi. detailide kuju kiirel töötlemisel.
Suure ja keeruka kujuga lennukiosade ja plastist survevormide töötlemisel tuleb üldise NC-süsteemi ebapiisava mälu tõttu üldjuhul need esmalt arvutisse salvestada ja seejärel NC-süsteemi (tuntud ka kui CNC) sisestada. süsteem). Muidugi võib lühikeste programmide ja vähem keeruka kujuga osade puhul tavaline NC-süsteem vastata kasutusnõuetele, kuna selle edastuskiirus on 76800 sümbolit sekundis. Tööpinkide kiire etteandevõimsuse ja töötlustäpsuse parandamiseks on vaja välja töötada uus arvutitarkvara. Vastavalt tegelikele töötlemisvajadustele on arendatud tarkvara vajalik detailide töötlemise suure täpsuse saavutamiseks, olenemata üldisest ettenihkekiirusest või kiirest etteande tingimustest.
Osade töötlemise täpsuse parandamiseks valitud ettenihkega saab mitte ainult suurendada tööriista käikude arvu, vaid ka hiljuti välja töötatud geomeetrilise kuju kompenseerimise tarkvara tagab suurepärase töötluskvaliteedi kõrge tootmistõhususe juures. Geomeetrilise kuju kompenseerimise tarkvara erineb suure ettenihkega tarkvarast. Viimast kasutatakse tööpingi etteandekiiruse suurendamiseks või töötlemisaja vähendamiseks tootmise efektiivsuse parandamiseks, esimest aga peamiselt töödeldud osade täpsuse parandamiseks. Selle peamised funktsioonid on järgmised:
1) Interpoleerige kiirendus või aeglustus eelnevalt. Kaarinterpolatsiooniga töötlemisel on sageli koostatud programmi ja tegeliku töötluse vahel märkimisväärne erinevus, mis tuleneb peamiselt piki telge liikuva tööriista kiirendusest või aeglustumisest põhjustatud ees- või mahajäämust. See võib kompenseerida vigu, mis on põhjustatud tööriista liikumisest põhjustatud kiirendusest või aeglustumisest.
2) Eeljuhtige edasiliikumist. Lisaks töötlemissüsteemile võivad töödeldud osade täpsust vähendada ka mõned vead tööpinkide servojuhtimissüsteemis. Äsja väljatöötatud etteande juhtimissüsteem suudab arvutada võimalikud veaväärtused töötlusprogrammide, lõikekiiruste, ettenihkekiiruste jms alusel ning kompenseerida tegelikud töötlusvead enne nende tekkimist.
3) Tehke täpne vektori kompenseerimine. Kui tööpink teostab kiiret töötlemist, tuleb eelistada sobiva ettenihke määramist. Tavaliselt saadakse servomootoris oleva võimendusseadme võimendusteguri reguleerimisega. Kui edasisuunas antud võimendustegur on reguleeritud suurele väärtusele, saab servojuhtimise vigade jälgimise kiirust parandada. Loomulikult vähendab jälgimiskiiruse suurenemine servojuhtimissüsteemi stabiilsust. Servo juhtimissüsteemi stabiilsuse puudumine põhjustab töödeldud osade pinna kareduse halvenemist. Täpset vektorikompensatsioonisüsteemi kasutatakse suurte töötlusprogrammide kalibreerimiseks detailide koguse valikuliseks suurendamiseks. Korrigeeritud töötlemisprogramm võib servojuhtimissüsteemi stabiliseerida, eriti toitesüsteemi stabiilne servojuhtimissüsteem võib kõrvaldada vibratsiooni, mis põhjustab osade pinna kareduse halvenemist.
4) Valige nurkade töötlemiseks sobiv aeglustus. Ülaltoodud kolme funktsiooni rakendamisel nõutakse tavaliselt, et iga liikumistelg aeglustaks osade nurkades, et vältida veosüsteemi tekitatavat löögivibratsiooni tööriista kiirel pööramisel. See nõuab töötlemiseks etteantud aja jooksul aeglustamist sobiva etteandekiiruseni.
5) Suure jõudlusega töötlemiskeskuste jaoks pole vaja mitte ainult konstrueerida kiireid spindleid, vaid ka projekteerida suure jõudlusega CNC-süsteeme, ülitäpseid lineaarjuhikuid, täpseid kuulkruvisid, laagreid, valida sobivad jahutus- ja määrimismeetodid, ja tööpinkide/tööriistade liidesed. Ülaltoodud tehnoloogiaid on kasutatud paljude suure jõudlusega töötlemiskeskuste tootmiseks ning praktilises tootmises on saavutatud head majanduslikku ja sotsiaalset kasu.