animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Фрезерный ОЦ / Станки Типа Обрабатывающий Центр с ЧПУ

Станки Типа Обрабатывающий Центр с ЧПУ

станки типа обрабатывающий центр

Возможная область применения станков типа обрабатывающий центр обширна. Однако четкой методики определения границ эффективного использования автоматизированного оборудования в настоящее время нет. Поэтому рассмотрим общий подход к решению этой задачи на основе опыта и анализа производства. На рис. 1 показана связь между серийностью производства и характеристиками станков, применяемых как традиционно (штриховые линии), так и в перспективе (сплошные линии). Границы между областями применения станков усреднены и могут смещаться под влиянием факторов, здесь не учитываемых (сложность деталей, их размеры и т.п.). Такой подход отвечает на поставленный вопрос о месте обрабатывающих центров с ЧПУ в современном производстве.

В традиционном производстве с использованием универсального оборудования вопрос об автоматизации процесса обработки может успешно решаться при повышении серийности производства до уровня крупносерийного и массового. В диапазоне от единичного до крупносерийного производства технолог располагает универсальным оборудованием с ручным управлением (РУ). В производстве будущего автоматизация охватит весь диапазон серийности за счет применения станков с ЧПУ.

Возможности современных станков типа обрабатывающий центр превышают возможности традиционных универсальных станков. Однако это преимущество достигается при значительном повышении стоимости самого станка.

Рис. 1. Специализация станков для обработки корпусных деталей: ПУ - программное управление; РУ - ручное управление

В единичном и мелкосерийном производствах продолжают эксплуатировать довольно простые по конструкции универсальные станки с ручным управлением. Повышение производительности на этих станках достигается путем оснащения станков специальными приспособлениями и инструментом, частичной автоматизацией некоторых переходов, оснащением станков системой цифровой индикации. При обслуживании станка оператор является активным звеном в технологической цепочке. Он определяет последовательность ходов, осуществляет выбор и переключение частот вращения шпинделя и в определенной степени является разработчиком процесса.

В условиях единичного и мелкосерийного производства имеется большое число деталей простой конфигурации, состоящих из сочетания ограниченного числа элементарных поверхностей. ЭНИМС исследовал около 80 машиностроительных предприятий для установления характера часто встречающихся операций. Было установлено, что из 3000 деталей типа тел вращения 80 % составляют детали ступенчатой формы с рядом дополнительных геометрических элементов, расположенных по контуру. Большое число корпусных деталей также состоит из простых поверхностей, для которых основными видами обработки являются фрезерование и сверление. Установлено, что для этих условий производства целесообразно применять простые и дешевые станки, оснащенные оперативными системами программного управления (ОСУ).

Оперативная система управления имеет широкие возможности по созданию и коррекции программы станка в режиме диалога оператора с устройством ЧПУ. После получения чертежа детали и необходимых указаний по технологии ее обработки оператор с клавиатуры пульта управления вводит параметры детали в программу обработки. При обработке сложных заготовок исходные данные оформляются технологом-программистом в виде таблиц, которые передаются оператору вместе с обрабатываемой заготовкой. Оперативная система управления позволяет после обработки первой заготовки при необходимости исправить программу и ввести ее в память для долговременного хранения. Преимущество универсальных станков с оперативными системами управления заключается также в том, что они позволяют на рабочем месте связать процесс освоения нового изделия с процессом оптимальной обработки заготовки. Число управляемых координат ограничено до двух-трех.

Оснащение универсальных станков оперативными системами управления обеспечивает их автоматизацию, повышая производительность станков. Так, по данным западногерманской фирмы "Махо", использование оперативных систем управления на универсальных станках по сравнению с аналогичным станком, оснащенным цифровой индикацией, увеличивает производительность обработки в 2,5 раза при изготовлении одной детали и в 3 раза при серийном изготовлении деталей.

Постоянное увеличение ассортимента деталей и уменьшение серийности при высоком годовом количественном выпуске продукции меняют характер условий производства. Как следствие этого постоянно сокращается время запуска изделия в производство. К особенностям производства необходимо отнести также частые изменения размеров партии. Большое разнообразие изделий, часто меняющиеся требования к обработке и небольшие серии приводят к возрастанию подготовительно-заключительного и вспомогательного времени и тем самым к недостаточной загрузке оборудования. Решение этой проблемы возможно путем создания ГПС, отвечающих двум основным требованиям: высокой гибкости и экономичности. Основу таких систем составляют станки типа обрабатывающий центр.

Развитие отечественного и мирового станкостроения за последнее время происходило в направлении механизации и автоматизации, во-первых, единичного и мелкосерийного производства и, во-вторых, крупносерийного и массового производства. Первое решалось за счет внедрения станков с ЧПУ, в том числе и обрабатывающих центров, второе - за счет совершенствования структуры управления автоматических линий, улучшения технических станков, составляющих основу линий, внедрения мероприятий, направленных на обеспечение заданной заказчиком программы выпуска изделия.

Решение проблемы автоматизации среднесерийного производства имеющимися средствами не дало положительных результатов, поскольку применение в этих условиях обрабатывающих центров с ЧПУ связано с большими капитальными затратами, а агрегатные станки и автоматические линии нерентабельны из-за низкого коэффициента их использования. Это привело к созданию переналаживаемого технологического оборудования. В массовом производстве применяют агрегатные специальные станки (или автоматические линии из агрегатных станков), которые предназначены в основном для изготовления одной заранее заданной детали с программой выпуска, обеспечивающей полную загрузку оборудования в течение года.

Силовая часть станка типа обрабатывающий центр с ЧПУ

Среди различных методов определения характеристик силовой части станка обрабатывающий центр с ЧПУ одним из наиболее распространенных является метод, основанный на анализе паспортных данных существующих станков данного типа. Этот метод в практике называют опытно-статистическим. Основной недостаток такого метода заключается в необходимости накопления достаточно большого объема информации по однородным видам оборудования с ориентацией на станки последних лет выпуска и по возможности с исключением факторов рекламного или конъюнктурного характера.

Выявление такой однородной случайной информации является трудной и необоснованно растянутой задачей во времени. Поэтому опытно-статистический метод определения характеристик не является единственным и может в основном служить для формирования справочного материала.

Выбор оптимальных значений основных характеристик обрабатывающего центра является сложной технической задачей, поскольку положительный результат возможен только при оценке технологической проблемы конкретного заказчика. Однако модульный принцип построения обрабатывающих центров позволяет предусмотреть исполнения тех или других вариантов основных модулей, характеристики которых могут быть получены на основе анализа условий резания по ведущей операции. Эти технические характеристики лучше представить как предельные.

На станке типа обрабатывающий центр с ЧПУ наиболее часто выполняют следующие виды работ: сверлильные (центровка, сверление, зенкование, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы), фрезерные и расточные. Для выполнения этих операций расчет характеристик обрабатывающего центра производят на основе наиболее часто встречающихся режимов резания (табл. на рис. 2), которые не являются предельными.

Рис. 2. Рекомендуемые режимы резания на обрабатывающем центре с ЧПУ

Операции при обработке различных материалов по-разному оказывают влияние на формирование характеристик станков. Так, наибольшая мощность привода требуется при обработке стали торцовыми твердосплавными фрезами, в то время как силы резания и крутящий момент на шпинделе имеют большие значения при обработке чугуна. Это видно из таблицы на рис. 3, где при заданных одинаковых глубинах резания и диаметрах фрез большая мощность привода требуется при обработке стали вследствие больших скоростей резания, даже при меньших подачах на зуб.

Рис. 3. Режимы резания станка обрабатывающий центр при обработке стали и чугуна

Максимальная сила резания из-за увеличенной суммарной длины режущих кромок, участвующих в работе (вследствие увеличенного числа зубьев фрезы), характерна при обработке деталей из чугуна. Наибольшая частота вращения шпинделя определяется чистовыми расточными операциями при обработке чугуна композитом (эльбором) со скоростями резания 400-500 м/мин, а также при обработке цветных сплавов карбонадо (синтетическим алмазом) со скоростями резания 300-1000 м/мин. Максимальные частоты вращения шпинделя при сверлении спиральными сверлами или фрезерования концевыми фрезами находятся в пределах частот вращения шпинделя при расточных операциях, а минимальные определяются операциями развертывания.

Расчет основных характеристик силовой части станка обрабатывающий центр с ЧПУ производится из условий обработки корпусных деталей торцовыми твердосплавными фрезами на основе принятых максимальных диаметров фрез и числа их зубьев для обрабатывающих центров с различными размерами ширины рабочей поверхности стола (таблица на рис. 4). Наибольшие диаметры фрез у обрабатывающих центров с B = 1250-2500 мм определены из возможности производить их автоматическую смену с помощью механизмов автоматической смены инструмента.

Рис. 4. Характеристики фрез в зависимости от основного параметра станка обрабатывающий центр с ЧПУ

Ведутся поиски повышения производительности процесса резания и совершенствования инструментальных материалов. Эти поиски, естественно, предъявляют ряд требований к техническим характеристикам обрабатывающих центров с ЧПУ. Так, фирма «Сандвиг» (Швеция) выпускает торцовые фрезы с увеличенным числом зубьев, позволяющим работать с большими минутными подачами. Конструкции фрез позволяют достигать высокую точность положения твердосплавных пластин в корпусе фрезы, что обеспечивает хорошее качество обрабатываемой поверхности. Снятие больших припусков за счет увеличенного числа зубьев фрезы увеличивает объем снимаемого металла в единицу времени, а это вызывает необходимость иметь более мощные приводы главного движения. В таблице на рис. 5 приведены данные, показывающие взаимосвязь мощности главного привода от объема металла, снимаемого в процессе резания.

Рис. 5. Взаимосвязь мощности главного привода станка и объема снимаемого при резании металла

Происходит дальнейшее совершенствование инструментальных материалов в направлении повышения их твердости и теплостойкости, что обеспечивает стойкость инструмента при более высоких скоростях резания. Этим требованиям удовлетворяют поликристаллические сверхтвердые материалы. По твердости поликристаллы на основе алмаза и нитрида бора значительно превосходят известные инструментальные материалы (таблица на рис. 6), причем если при переходе от быстрорежущих сталей к твердым сплавам и керамике микротвердость инструментального материала возросла на 600-10000 МПа, то поликристаллы по микротвердости превосходят керамику на 50000 МПа. Такое увеличение микротвердости наряду с увеличением теплостойкости не только обеспечивает дальнейший рост скоростей резания, но создает возможность окончательной обработки лезвийным инструментом материалов высокой твердости, таких как закаленные стали и твердые сплавы.

Рис. 6. Характеристики инструментальных материалов

В нашей стране выпускают две группы сверхтвердых поликристаллических материалов: на основе модификаций нитрида бора (композит 01, 05, 10 и др.), синтетические поликристаллические алмазы (карбонадо). Каждый из этих инструментальных материалов имеет область применения, определяемую их физико-механическими свойствами и химическим составом. По твердости карбонадо несколько превосходит композит, но значительно уступает ему по теплостойкости. Композиты химически инертны к черным металлам, а карбонадо к ним химически активны. Поэтому композит применяется в основном для обработки черных металлов, а карбонадо для обработки цветных сплавов, стеклопластиков, твердых сплавов, алюминиевых, титановых сплавов и др.

Применение композита при обработке стали по сравнению с обработкой твердым сплавом тем эффективнее, чем выше твердость обрабатываемого материала. При невысокой твердости стальных заготовок применение композита нецелесообразно. Например, с увеличением твердости заготовок из стали с твердостью более HRCэ 40 обработка композитом (таблица на рис. 7) целесообразна, и тем более, чем тверже обрабатываемый материал. Все большее внимание уделяется работам по исследованию скоростной обработки металлов резанием с целью использования ее в производственных условиях. Применение высоких скоростей резания ограничивается стойкостью режущего инструмента, поэтому вопрос об увеличении скоростей резания обычно решается путем создания новых инструментальных материалов с улучшенными режущими свойствами.

Рис. 7. Области применения композитов

С повышением скорости резания в результате выделяющейся в зоне резания теплоты температура на вершине резца растет и достигает максимума при некоторой скорости. При дальнейшем увеличении скорости резания, в результате изменения процесса резания, температура на вершине резца снижается, а стойкость его при этом увеличивается. Иногда такое изменение параметров резания связано с изменением механизма стружкообразования, т.е. с переходом от пластической деформации снимаемого слоя металла при обычных скоростях резания к хрупкому излому стружки при скоростном резании. Граничное значение скорости резания, при которой происходит указанное изменение условий резания, отличается для различных обрабатываемых материалов. При обработке большинства материалов граничные значения скоростей скоростной обработки не удается пока реализовать из-за недостаточной стойкости применяемых инструментальных материалов, которые уже теряют свои режущие свойства при более низких значениях скоростей резания.

Совершенствование конструкции и инструментального материала режущего инструмента может существенно повлиять на изменение характеристик обрабатывающего центра. Если учесть, что подобные совершенствования происходят в сравнительно короткие временные отрезки, то становятся очевидными трудности, связанные с установлением оптимальных значений технических характеристик вновь создаваемых станков типа обрабатывающий центр с ЧПУ. Характеристики фрезерных центров (таблица на рис. 8), полученные расчетом на основе существующего уровня режимов резания, отображают состав модификационных вариантов главного привода и приводов подач, выбор которых может производиться в зависимости от вида операции и применяемого инструмента.

Рис. 8. Значения характеристик обрабатывающих центров с ЧПУ