Фрезерный станок портального типа - это машина с числовым программным управлением относится к высокотехнологичному оборудованию, которое позволяет с высокой степенью точности обрабатывать металлические детали. Основное преимущество данного типа оборудования это минимальное количество специалистов, которые необходимы для выполнения основных фрезерных работ.
Портальные фрезерные станки с чпу предназначены для выполнения сверления, фрезерования, гравировки крупных заготовок. Все работы выполняются с особой точностью. Достаточно в специальном редакторе создать чертеж и загрузить его в управляющий модуль. Автомат сам выполняет все необходимые действия. В зависимости от модели и конструкции станки могут выполнять 2D и 3D обработку.
В студенческом конструкторском бюро кафедры автоматизации производственных процессов Читинского государственного университета было принято решение сконструировать и изготовить многофункциональный портальный модуль с шаговым приводом (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид фрезерного станка портального типа
Были определены условия обеспечения требований к модулю по степени автоматизации, универсальности, гибкости, надежности, простоте конструкции, точности позиционирования и стоимости.
Основной частью фрезерного станка портального типа является массивная чугунная плита, установленная на неподвижные опоры. По боковым поверхностям плиты в качестве направляющих качения крепятся алюминиевые профили. По ним посредством кинематической пары винт-гайка в продольном направлении перемещается портал. Боковые направляющие имеют верхние и нижние бортики в которые устанавливаются, расположенные на вертикальных стойках портала текстолитовые ролики на подшипниках качения. Зазор в направляющих регулируется изменением эксцентриситета. По горизонтальным направляющим портала перемещается каретка, с установленной на ней фрезерной головкой. Боковые стойки портала имеют направляющие для ее перемещения по оси Z. Таким образом обеспечивается работа модуля в трехкоординатной системе. В качестве приводов фрезерного станка портального типа использованы три шестифазных шаговых двигателя.
Расчеты методом конечных элементов показали удовлетворительные результаты по статическим и динамическим показателям конструкции, при условии применения фрез, предназначенных для высокоскоростной обработки, т.е. изготовленных из цельного сверхмелкозернистого твердого сплава с высокой теплостойкостью и повышенным сопротивлением абразивному износу, так как частота вращения привода главного движения (от 11000 до 28 000) об/мин, и жесткость конструкции предполагают применение скоростного фрезерования. Подача СОЖ не предусмотрена. Тепло уносится мелкой раскаленной стружкой. Для удаления стружки предусмотрен пылеотсос с использованием промышленного пылесоса. Наиболее приемлемыми для высокоскоростной обработки являются цанговые патроны. Скорость фрезерования при обработке стали может достигать 300 м/мин. При обработке алюминия стружечных канавок у концевой фрезы для высокоскоростного фрезерования большого объема должно быть три. Именно с таким количеством канавок эта фреза становится практически идеальной для выполнения высокоскоростной обработки.
Конструкцией предусмотрена возможность установки вместо фрезерной головки угловой шлифовальной машины или завинчивающего устройства.
Управление фрезерным станком портального типа
Особое внимание уделялось системе управления фрезерного станка портального типа. Она должна быть проста в использовании, как для оператора, так и для программиста, иметь систему визуализации и обладать функциями интерактивности и широкими графическими возможностями. Кроме того, она должна быть совместима с возможностями станка, в том числе в области высокоскоростной обработки. Необходимо учесть также, что сейчас в России большой дефицит опытных специалистов.
Для управления шаговыми двигателями создано оригинальное устройство на основе AVR микроконтроллеров семейства ATmega, позволяющее решать все требуемые задачи (рис. 2). При этом, управляющее устройство имеет высокий потенциал по расширению функциональности, например, возможность получать и обрабатывать сигналы с датчиков, возможность самостоятельно вычислять значения скорости и периода по заданной функции и т.д.
Программирование работы модуля осуществляется с помощью персонального компьютера с использованием стандартных кодов. Предусмотрено использование CAD/CAM систем.
Таким образом, создаваемый фрезерный станок портального типа может использоваться в учебном и производственном процессах в качестве многофункционального устройства, имеющего все признаки современного оборудования.
Рис. 2. Структурная схема устройства управления фрезерным станком портального типа
