Strukturne karakteristike obradnih centara visokih performansi

Razlika između obradnih centara visokih performansi i brzih obradnih centara leži u činjenici da oni ne samo da imaju rotirajuće vreteno velike brzine, već i dizajniraju visoko precizne linearne vodilice za kretanje, motore vretena velike snage, precizne ležajeve vretena, kuglični vijci, visokoefikasni servo motori i napredni CNC sistemi. Stoga, obradni centar može obraditi visoko precizne dijelove sa visokom efikasnošću, uvelike poboljšavajući tržišnu konkurentnost.
1. Linearna vodilica za kretanje
Brzina i tačnost aksijalnog pomaka obradnog centra su presudni za postizanje velike brzine rezanja. Koeficijent trenja šine za vođenje linearnog kretanja je samo 1/20 od onog kod obične kvadratne vodilice. Zbog činjenice da je kontaktna površina između valjaka šine za linearno kretanje i vodilice mnogo manja od one kod kvadratne vodilice, potrošnja energije je također smanjena na 1/20 one kvadratne vodilice, i može održavati minimalno habanje dugo vremena, značajno poboljšavajući vijek trajanja vodilice. Precizna vodilica za linearno kretanje ima ugašenu tvrdoću HRC58-62, koja se melje pomoću preciznog brusilice za vodilice. Za razliku od običnih kvadratnih vodilica, ima najmanje jednu vodilicu u obliku slova V. Zbog jednostavne strukture dvije linearne vodilice, lako se obrađuje, sastavlja, mjeri i odabire odgovarajući prečnik valjka. Linearna vodilica za kretanje ima veliku krutost i nema razmaka između nje i radnog stola, tako da rijetko stvara vibracije i može obraditi dijelove s malom hrapavostom površine, produžavajući vijek trajanja alata.
2. Precizni kuglični vijak
Prečnik i nagib kugličnog vijka na mašini direktno utiču na tačnost obrađenih delova, posebno u uslovima rezanja brzine pomaka. Centri za obradu visokih performansi koji koriste linearne vodilice biraju kuglične vijke s jednom glavom malog promjera i finog koraka. Neki također koriste kuglične vijke s više glava s grubim korakom. Generalno, usvojena je shema prijenosa koja koristi servo motore za pogon kugličnih vijaka. Međutim, tokom rada kugličnog vijka, smjer ose rotacije kotrljajućeg elementa se mijenja kada se kreće u spiralnom kretanju, što rezultira žiroskopskim kretanjem. Kada žiroskopski moment u kretanju premaši silu trenja između tijela kugle i staze za trčanje, tijelo kotrljanja će kliziti, uzrokujući ozbiljno trenje i povećanje temperature vijka. Istovremeno se povećavaju vibracije i buka, skraćujući životni vijek vijka i smanjujući kvalitetu prijenosa kugličnog vijka. Nova vrsta vijka za kotrljanje visokih performansi, planetarni valjkasti vijak, razvijena je za efikasno rješavanje gore navedenih tehničkih problema. Kontinuiranim razvojem novih tehnologija, u uvjetima ultra-visokog pomaka, ubrzanje radnog stola dostići će više od 3g, tako da je sila inercije pokretnih dijelova također prilično velika. Prilikom projektovanja mehaničkog dela potrebno je uložiti napore da se smanji masa pokretnih delova i inercija rotacije rotirajućih delova, čime se dodatno poboljšava krutost, osetljivost i tačnost sistema za dovod.
3. Motor vretena alatne mašine velike snage
Među mnogim faktorima koji utiču na izbor snage motora vretena alatnih mašina, najvažniji su konus vretena, količina rezanja (brzina rezanja) odabrana tokom obrade, veličina dela i veličina alata. Odabirom velikog konusnog vretena može se izvesti rezanje velike snage, ali ponekad, kako bi se brzo ubrzalo i usporilo, motor velike snage može se koristiti i za pogon malog konusnog vretena. Za obradu velike brzine rezanja potrebno je odabrati veliko konusno vreteno i motor vretena alatne mašine velike snage. Materijal dijelova ima mali utjecaj na izbor snage motora vretena alatne mašine. Na primjer, za otkovke i odljevke nije potrebno rezanje velike snage. Međutim, kada se odlučite za obradu pri velikim brzinama na vretenu alatne mašine, mora se odabrati motor velike snage. Razlog zašto je pogon velike snage neophodan i za obradu velikih dijelova je taj što zahtijeva upotrebu reznih alata velikog promjera.
4. Ležajevi vretena
Vrsta i veličina ležajeva vretena moraju ispunjavati uslove upotrebe. Veliki ležajevi mogu pružiti visoku čvrstoću i krutost. Međutim, ležajevi velikih dimenzija imaju dva nedostatka:
1) Zbog velike mase velikih ležajeva i velike površine kontakta između ležajeva, pri velikim brzinama vretena stvara se velika količina topline. Dugotrajno izlaganje velikoj količini topline može uzrokovati povećanje veličine vretena, što utiče na točnost obrade.
Visokokvalitetno vreteno zahtijeva motor velike snage da ga pokreće. Iako je unutrašnji prsten ležaja hlađen uljem za podmazivanje, veliki ležajevi povećavaju svoju nosivost i inerciju rotacije pri velikim brzinama, što rezultira povećanjem potrebne snage. Naročito kada se poveća brzina vretena, povećava se potrošnja energije. Ali ne troši se sva energija na rezanje. Na primjer, vreteno od 40 konjskih snaga može imati samo 15-20 konjskih snaga koje djeluju na reznu glavu, dok se ostatak koristi za rotaciju vretena. Za vreteno velike snage, ono može vršiti što je više moguće snage na radni komad za sečenje i može pokretati vreteno najvećom brzinom uz vrlo malo snage. Snaga koja se primjenjuje na vreteno može se izračunati na osnovu maksimalne brzine rotacije vretena pod uvjetima bez opterećenja kako bi se odredila snaga koju troši alatna mašina. Zbog rezanja pri velikim brzinama, stezna glava i alat stvaraju radijalno odstupanje i nekoncentričnost pod djelovanjem sila rezanja, što rezultira povećanim dodatnim silama ili neuravnoteženim centrifugalnim silama.
2) Upotreba više redova ležajeva malog prečnika ne utiče na krutost vretena, a takođe je veoma korisna za prednaprezanje ležajeva vretena. Predopterećenje ležajeva se obično odnosi na pritisak koji vrši vreteno na ležajeve u statičkim uslovima. Općenito, opterećenja predopterećenja se koriste za poboljšanje krutosti vretena i povećanje kapaciteta rezanja. Međutim, zbog povećanja pritiska koji djeluje na ležajeve, povećava se stvaranje topline, što također ubrzava habanje ležajeva. Kako bi se poboljšale performanse rezanja reznog alata i produžio njegov vijek trajanja, mali pritisak se prethodno primjenjuje na višeredne ležajeve, što može povećati krutost vretena alatne mašine i postići gore navedene ciljeve.
Iz dugoročne perspektive, potražnja na tržištu za magnetnim, pneumatskim i hidrostatskim ležajevima će se značajno povećati. Međutim, trenutno u brzom rezanju najčešće se koriste sljedeća dva tipa: radijalni potisni ležajevi i kuglični ležajevi. U standardnim uslovima brzine vretena alatnih mašina, red kugličnih ležajeva i red radijalnih potisnih ležajeva se često ugrađuju na prednji kraj vretena, a dva reda kugličnih ležajeva se ugrađuju na zadnjem kraju vretena. Budući da ugradnja reda kugličnih ležajeva na prednji kraj vretena može uvelike poboljšati krutost vretena i povećati njegovu nosivost. Ovo je ključno za rezanje teških opterećenja. Međutim, budući da kuglični ležajevi imaju veću kontaktnu površinu i teži su od radijalnih potisnih ležajeva, oni troše više energije i stvaraju više topline, što lako može uzrokovati povećanje veličine vretena i niže korištenje snage. Rezanje velikom brzinom može smanjiti radijalnu silu koja djeluje na vreteno i rezne alate. Na taj način radijalni potisni ležaj ugrađen na prednjem kraju vretena pruža dovoljnu krutost i stabilnost, izbjegavajući proširenje veličine uzrokovano zagrijavanjem vretena alatne mašine.
Razuman izbor materijala za ležaj je podjednako važan kao i vrsta ležaja. Iako su ležajevi izrađeni od čelika za ležajeve još uvijek u širokoj upotrebi, praksa je pokazala da će upotreba keramičkih ležajeva u brzom rezanju pokazati mnoge prednosti. Iako su ležajevi izrađeni od čelika za ležajeve jeftini, njihova težina je mnogo veća od keramičkih ležajeva istih specifikacija. Zbog velike težine i velike količine toplote tokom rezanja velikom brzinom, mora se instalirati složen sistem hlađenja i podmazivanja. Istovremeno, kako se brzina vretena povećava, centripetalna sila koja djeluje na ležaj se povećava, uzrokujući porast temperature ležaja, što rezultira povećanjem veličine vretena, što utiče na točnost dimenzija obrađenih dijelova i povećava snagu potrebnu za vreteno alatne mašine. Keramički ležajevi, zbog svoje male težine, efikasno će riješiti ovaj tehnički problem. Ispitivanja rezanja su pokazala da je brzina kojom keramički ležajevi povećavaju veličinu vretena samo 1/40 brzine čeličnih ležajeva ležaja. Razlog je taj što ima samo malu centripetalnu silu koja djeluje na ležaj tijekom rezanja velikom brzinom. Istovremeno, kako bi se poboljšala krutost i sposobnost rezanja vretena alatne mašine, može se primijeniti i veliko prednaprezanje na keramičke ležajeve. Zbog gore navedenih karakteristika, keramički ležajevi imaju produženi vijek trajanja.
Moderna tehnologija vretena alatnih mašina omogućava alatnim mašinama da lako podese predopterećenje koje se primenjuje na ležajeve vretena na osnovu brzine vretena. Kada se brzina vretena alatne mašine povećava, povećava se i opterećenje koje djeluje na ležaj zbog povećanja centripetalne sile. Naprotiv, opterećenje koje djeluje na ležaj se smanjuje. Zbog toga se smanjuje toplina na ležaju, a smanjuje se veličina ležaja. Naravno, kod brzog rezanja također je dozvoljeno prethodno nanošenje vrlo malog opterećenja na ležaj, tako da je sila rezanja koja djeluje na alat vrlo mala, što može smanjiti zahtjeve za krutošću alatne mašine. Još uvijek je potrebno prethodno primijeniti veće opterećenje na ležajeve pri malim brzinama vretena, jer povećanje sile rezanja alata također povećava silu koja djeluje na vreteno.
5. Motor vretena i sistem prijenosa
Trenutno postoje dva načina povezivanja između vretena alatne mašine i motora, jedan je preko remena ili zupčanika; Drugi je direktni prijenos, što znači direktno povezivanje motora vretena sa vretenom, ili istovremeno instaliranje motora vretena i vretena na kompozitni uređaj, koji se naziva kompozitno vreteno.
Prednost remenskog ili zupčastog prijenosa je u tome što motor vretena može postići veliku brzinu vretena čak i kada se rotira malom brzinom. Ovaj način prijenosa je jeftin zbog male brzine motora i male ulazne snage, ali ima sljedeće nedostatke: zbog svoje složene strukture sklon je kvarovima i nezgodnom održavanju. Istovremeno će se pojaviti i vibracije između remena, zupčanika i vretena. Kako je struktura dalje pojednostavljena, broj pokretnih dijelova se dodatno smanjuje, što će omogućiti i brže ubrzanje i usporavanje vretena. Naprotiv, vreteno pokretano remenom ili zupčanikom uključuje vreteno, sjedište osovine, elektromotor, remenicu ili zupčanik, itd. Svaka komponenta je sastavljena od materijala različite težine, koji stvaraju toplinu zbog trenja tokom velike brzine rotacije . Zbog različite težine i sile materijala, toplina koja se stvara na različitim mjestima je također različita, što rezultira različitim veličinama ekspanzije u različitim dijelovima vretena. U teškim slučajevima može uzrokovati deformaciju vretena, što utiče na njegovu veličinu, geometrijski oblik, itd. Vreteno s direktnim pogonom, s druge strane, ima ujednačenu termičku deformaciju, pa čak i pod uvjetima ultra-velike brzine, može se hladiti rashladnom tekućinom kroz unutrašnju rupu vretena. Stoga u osnovi ne utječe na točnost vretena i može stabilnije osigurati kvalitetu obrade.
6. Hlađenje i podmazivanje
U obradi rezanja, ako se rashladna tekućina ne doda, to će uzrokovati povećanje veličine vretena. Da bi se osigurala visoka preciznost vretena alatne mašine, potrebno je stabilno kontrolirati vreteno i ležajeve kako bi imali fiksnu veličinu. Trenutno, obični alatni strojevi biraju vanjsko hlađenje, unutrašnje hlađenje ili kombinovane metode unutrašnjeg i vanjskog hlađenja za hlađenje vretena i ležajeva prema različitim strukturama vretena. Međutim, općenito, vanjsko hlađenje treba koristiti što je više moguće. Hlađenjem se toplota koja se prenosi sa rezne glave na vreteno ispušta u vazduh.
Kako bi se efektivno poboljšala stopa iskorištenja alatnih strojeva i smanjila potrošnja energije, preporučuje se korištenje rashladnih sistema za hlađenje vretena za hlađenje maglom ili raspršivanjem. Posebno za mašine za obradu velike brzine, preporučuje se odabir sistema za hlađenje vretena na osnovu maksimalne brzine koju postiže vreteno mašine i materijala odabranog za ležajeve. Odredite odabrani sistem hlađenja na osnovu brzine rotacije vretena alatne mašine i spoljašnjeg prečnika ležajeva. Ako oba tipa ležaja biraju čelične ležajeve, preporučuje se odabir sistema za hlađenje uljem u spreju. Naravno, u poređenju sa ova dva, ovo drugo zahteva veliku količinu tečnosti za hlađenje i podmazivanje, što povećava potrošnju energije alatne mašine.
7. CNC sistem
Moderna CNC tehnologija omogućava mašinskim alatima da obrađuju brzinom od 38,1 m/min. Glavni razlog je taj što se tokom obrade mogu odabrati velike brzine rezanja. Istovremeno, alatna mašina mora biti opremljena servo motorima velike brzine i visoke rezolucije. Osim toga, kako bi se osigurala visoka preciznost, servo motori visoke rezolucije također moraju imati sposobnost brze obrade signala. Naravno, beskorisno je imati servo motor visoke rezolucije bez povećanja radne brzine procesora. Budući da servo motori visoke rezolucije imaju više podataka za obradu od svojih prethodnika, potrebna im je velika brzina za obradu teksta. Velika brzina obrade grupe riječi može brzo obraditi podatke i poslati impulse servo motoru. Iz tog razloga, generalno je potrebno konfigurirati dva 32-bitna procesora na servo motoru kako bi se zadovoljili zahtjevi korištenja, te za brzu obradu velike količine podataka prikupljenih tokom obrade i potrebe za brzim izvođenjem složenih proračuna na složenim oblici delova u brzoj mašinskoj obradi.
Prilikom obrade velikih i složenih oblikovanih dijelova aviona i plastičnih kompresijskih kalupa, zbog nedovoljne memorije općeg NC sistema, općenito ih je potrebno prvo pohraniti u kompjuter, a zatim uneti u NC sistem (poznat i kao CNC). sistem). Naravno, za dijelove sa kratkim programima i manje složenim oblicima, tipičan NC sistem može zadovoljiti zahtjeve za korištenje jer ima brzinu prijenosa od 76800 simbola u sekundi. Da bi se poboljšao kapacitet brzog umetanja i preciznost obrade alatnih mašina, potrebno je razviti novi kompjuterski softver. U skladu sa stvarnim potrebama obrade, razvijeni softver je neophodan za postizanje visoke preciznosti u mašinskoj obradi, bez obzira na opštu brzinu pomaka ili uslove velike brzine.
Da bi se poboljšala preciznost obrade dijelova pri odabranoj brzini pomaka, ne samo da se broj prolaza alata može na odgovarajući način povećati, već i nedavno razvijeni softver za kompenzaciju geometrijskog oblika može osigurati odličan kvalitet obrade uz visoku efikasnost proizvodnje. Softver za kompenzaciju geometrijskog oblika razlikuje se od softvera za visoku brzinu pomaka. Potonji se koristi za povećanje brzine pomaka alatne mašine ili smanjenje vremena obrade radi poboljšanja efikasnosti proizvodnje, dok se prvi uglavnom koristi za poboljšanje tačnosti obrađenih delova. Njegove glavne funkcije su sljedeće:
1) Interpolirajte ubrzanje ili usporavanje unaprijed. Kod interpolacijske obrade luka često postoji značajna razlika između sastavljenog programa i stvarne obrade, uglavnom zbog prednjeg ili zaostajanja uzrokovanog ubrzanjem ili usporavanjem alata koji se kreće duž ose. Može kompenzirati greške uzrokovane ubrzanjem ili usporavanjem uzrokovanim kretanjem alata.
2) Prekontrolišite kretanje unapred. Pored sistema obrade, neke greške u servo upravljačkom sistemu alatnih mašina takođe mogu smanjiti tačnost obrađenih delova. Novorazvijeni sistem za kontrolu napredovanja može izračunati moguće vrijednosti grešaka na osnovu programa obrade, brzina rezanja, pomaka itd., i kompenzirati stvarne greške obrade prije nego što se pojave.
3) Izvršite preciznu vektorsku kompenzaciju. Kada alatna mašina izvodi obradu velikom brzinom, potrebno je dati prioritet odabiru odgovarajuće brzine posmaka. Obično se dobija podešavanjem faktora pojačanja uređaja za pojačavanje u servo motoru. Kada se faktor pojačanja dat smjeru naprijed podesi na veliku vrijednost, brzina praćenja servo kontrole za greške može se poboljšati. Naravno, povećanje brzine praćenja će smanjiti stabilnost servo upravljačkog sistema. Nedostatak stabilnosti u servo upravljačkom sistemu će uzrokovati pogoršanje hrapavosti površine obrađenih dijelova. Precizan sistem vektorske kompenzacije koristi se za kalibraciju velikih programa obrade za selektivno povećanje količine delova. Korigovani program obrade može stabilizovati servo upravljački sistem, posebno stabilan servo kontrolni sistem sistema za dovod može eliminisati vibracije koje uzrokuju pogoršanje hrapavosti površine delova.
4) Odaberite odgovarajuće usporavanje za obradu uglova. Kada se primjenjuju gornje tri funkcije, obično je potrebno da se svaka os kretanja usporava na uglovima dijelova kako bi se izbjegle udarne vibracije koje stvara pogonski sistem tokom brzog okretanja alata. Zahteva usporavanje do odgovarajuće brzine uvlačenja u datom vremenu za obradu.
5) Za obradne centre visokih performansi nije potrebno samo dizajnirati brza vretena, već i dizajnirati CNC sisteme visokih performansi, precizne linearne vodilice, precizne kuglične vijke, ležajeve, odabrati odgovarajuće metode hlađenja i podmazivanja, i sučelja alatnih mašina/alata. Gore navedene tehnologije korišćene su za proizvodnju mnogih obradnih centara visokih performansi i postigle su dobre ekonomske i društvene koristi u praktičnoj proizvodnji.