курсы валют
Доллар США 57.5660 -0.09
Евро 68.5553 -0.52

Дата: 26.09.2017

 


 

Задать вопрос консультанту он-лайн.

Мы делаем поставки во все регионы России и ближнего зарубежья:

  • Москва
  • Минск
  • Алматы
  • Архангельск
  • Астрахань
  • Барнаул
  • Белгород
  • Брянск
  • Великий Новгород
  • Владимир
  • Волгоград
  • Воронеж
  • Екатеринбург
  • Иваново
  • Ижевск
  • Иркутск
  • Казань
  • Калининград
  • Калуга
  • Кемерово
  • Киров
  • Кострома
  • Краснодар
  • Красноярск
  • Курск
  • Липецк
  • Мурманск
  • Набережные Челны
  • Нижний Новгород
  • Новокузнецк
  • Новосибирск
  • Омск
  • Орел
  • Оренбург
  • Пенза
  • Пермь
  • Петрозаводск
  • Псков
  • Ростов-на-Дону
  • Рязань
  • Самара
  • Санкт-Петербург
  • Саратов
  • Смоленск
  • Ставрополь
  • Сыктывкар
  • Тверь
  • Томск
  • Тольятти
  • Тула
  • Тюмень
  • Ульяновск
  • Уфа
  • Чебоксары
  • Челябинск
  • Ярославль

Станки для HSM

Печать

Высокоскоростная механическая обработка (HSM — High Speed Machining) за последние пять лет совершило революционный переворот в методах обработки резанием. Решающий фактор в оценке процесса HSM обработки — производительность станков, которые определяют стоимость производства и, таким образом, амортизацию инвестиций.

В мировом станкостроении сегодня наблюдается устойчивая тенденция создания станков, предназначенных для HSM обработки. Достижения в области технологии создания режущего инструмента развитие CAM систем позволили эффективно применять HSM обработку в различных отраслях.

Возможности высокоскоростной обработки доступны для обычных обрабатывающих центров уже достаточно долгое время, но только недавно стали проектироваться станки, специально предназначенные для HSM. Процесс HSM предъявляет особые требования к конструкции станков и возможностям системы ЧПУ.

В настоящий момент наблюдается специализация HSM станков в зависимости от характера производства, так как существует ощутимая разница в требованиях к станкам, обрабатывающим легкие сплавы и тяжелые стали. Геометрия современного режущего инструмента проектируется для обработки определенных типов материалов с различными параметрами HSM обработки, чем обусловлена принципиальная разница в требованиях к конструкции станков.

Поэтому, говоря о функциональности станков, предназначенных для HSM, следует отметить тот факт, что наилучшего результата для конкретного производства можно достичь путем применения специального оборудования.

 

Направляющие

Направляющие — часть конструкции станка, они служат для обеспечения линейного перемещения по каждой из осей. Есть три основных типа направляющих:

  • Направляющие коробчатого типа, или «жесткие» направляющие. Направляющая имеет форму коробки, в которой скользит ползун. Между ними находится тонкий слой масла, чтобы скольжение осуществлялось с меньшим трением.
  • Линейные направляющие. У новых обрабатывающих центров, предназначенных для HSM, используется именно эта система. Подшипник катится по салазкам. Салазки — это профильные пазы, позволяющие подшипнику катиться только с одной степенью свободы.
  • Направляющие на воздушной подушке, использующиеся в специфических станках.

Возврат в начало

Термическая стабильность

Длительная обработка детали может привести к большим изменениям температуры механизмов станка. Причем тепловое расширение частей станка напрямую влияет на качество обработки. Чтобы убедиться в этом, достаточно поставить на стол станка индикаторную стойку и, включив шпиндель, посмотреть, насколько тот опускается по мере нагрева.

В современных обрабатывающих центрах охлаждающая жидкость циркулирует через шпиндель, ходовые винты, холодильную установку и (иногда) корпус.

Возврат в начало

Линейные электродвигатели

Линейные электродвигатели — альтернативный вариант электродвигателям роторного типа — применяются в станках для различных производств. Линейные электродвигатели обеспечивают большую рабочую подачу, высокое ускорение и тягу.

Возврат в начало

Цифровые серводвигатели подач

В обрабатывающих центрах, предназначенных для HSM, обычно используется цифровой контроль серводвигателей, который обеспечивает точность отработки перемещений с большой рабочей подачей.

К примеру, аналоговые средства контроля работают с паузами (время задержки) порядка 10 миллисекунд. За это время станок переместится с рабочей подачей 2500 мм/мин на 0.38 мм. Цифровые серводвигатели выполняют команды движения за значительно меньшее время, делая возможным сочетать большие рабочие подачи с высокой точностью.

Возврат в начало

Шпиндели

Высокоскоростной шпиндель — наиболее фундаментальный компонент станка для HSM. Система ЧПУ, инструмент и все другие составляющие процесса служат единой задаче — использовать высокую скорость вращения шпинделя наиболее эффективно.

Высокоскоростной шпиндель — это компромисс между силами и скоростью резания.

Заметим, что размер электродвигателя ограничен тем, что он должен располагаться внутри шпинделя. Но наиболее критичный фактор ограничения — подшипники, долговечность которых особенно важна. В любом высокоскоростном шпинделе подшипник — первый компонент, который выходит из строя.

В настоящее время нашел свое применение комбинированный шпиндель, так называемый «дуплекс», в корпусе которого размещены два электродвигателя. Размещенные концентрично, два вала (по одному на каждый двигатель) могут вращаться совместно или раздельно. Вращение каждого из валов независимо контролируется системой ЧПУ. Такая конструкция позволяет работать, например, со скоростью шпинделя до 10000 об/мин и обеспечением большого крутящего момента. В то же время, например, для окончательной обработки, шпиндель может развивать скорость 30000 об/мин за счет второго высокоскоростного двигателя с валом меньшего диаметра.

Возврат в начало

Подшипники

Большие подшипники более жесткие, но подшипники меньших размеров являются эффективными для высокой скорости вращения. Чтобы выбрать тип и размер подшипника, одного значения частоты вращения шпинделя не достаточно, поэтому используют число DN. Число DN характеризует соотношение жесткости подшипника и скорости шпинделя и вычисляется путем умножения диаметра подшипника (D, мм) на верхнее значение частоты вращения шпинделя (N, об/мин).

Шарикоподшипники смешанного типа применяются до числа DN, равного 2 миллиона. Для выполнения работы, когда DN больше 2 миллионов, требуется бесконтактные подшипники.

В подшипнике смешанного типа — стальные направляющие втулки и керамические шарики, обеспечивающие большую термическую стабильность при высоких скоростях. Керамические шарики долговечны, жестче и существенно легче стальных шариков, поэтому на них действуют меньшие центробежные силы. Уменьшенное отклонение уменьшает напряжения. К тому же более твердые керамические шарики меньше взаимодействуют со стальной поверхностью.

Для обеспечения более высокой мощности высокоскоростных шпинделей с большим числом DN, изготовители шпинделей стали применять гидростатические (гироскопические) подшипники, в которых отсутствует контакт между движущимися деталями. Жидкость — наиболее подходящий вариант поддержки вала при динамическом вращении. Первое преимущество — неподвижность. Второе преимущество — низкий износ, потому что давление жидкости вынуждает ось вала совпадать с центральной линией подшипника. Третье преимущество — низкие требования к обслуживанию ввиду отсутствия механических деталей. Основной недостаток — низкая эффективность, так как жидкость обладает вязкостью. Большая доля мощности электродвигателя теряется на преодоление динамического сопротивления жидкости.

Есть и другие типы бесконтактных подшипников. Это аэростатические и электростатические подшипники, в которых вал шпинделя поддерживается давлением воздуха и силой магнитного поля, соответственно. У каждого типа есть свои достоинства и недостатки.

Например, аэростатические подшипники обеспечивают высокий КПД и превосходные характеристики износа шпинделя, но предназначены для самого легкого резания.

К достоинствам электростатических подшипников относятся большая скорость и низкий износ. Статические характеристики такого подшипника могут контролироваться в цифровой форме. Магнитное поле может быть смоделировано для определения статических характеристик, сопоставимых с характеристиками, например, шарикоподшипника. Но электростатические подшипники дороги даже по сравнению с гидростатическими подшипниками.

Возврат в начало

Системы ЧПУ

Правильно выбранная, совместно с другими элементами системы управления, система ЧПУ позволит станку работать быстрее. Ведь при выполнении управляющей программы система управления анализирует данные и регулирует рабочую подачу со скоростью, с которой работает самый медленный компонент системы. Технологии, связанные с HSM, таким образом, касаются каждого звена всей системы управления.

Архитектура современной системы управления основывается на обработке цифровых сигналов и соединении компонентов посредством шин. При этом используются высоко интегрированные электронные блоки (ASICs), благодаря которым система управления имеет небольшие размеры.

Каждый модуль привода, NCU, PLC и панель управления имеют собственные процессоры, поэтому современная система ЧПУ является многопроцессорной системой.

Возврат в начало

Функции ЧПУ для HSM обработки

Одной из важнейших функций ЧПУ для высокоскоростной обработки является точное управление приводами подач и приводом главного движения (шпинделем). Как в процессорах модулей привода, так и в ЧПУ используются технологии цифрового управления для регулирования положения, частоты вращения и момента двигателя. При этом измерительные системы очень точно определяют фактическое положение осей. Многочисленные структуры управления, служащие для сокращения ошибок вычисления траектории и учета жесткости станка, повышают производительность и точность обработки.

Функции ЧПУ для HSM обработки:

  • предварительный просмотр (функция Look-Ahead) кадров управляющей программы;
  • преобразования, например, для 5-осевого преобразования;
  • регулирование подачи для высокой точности траектории;
  • функция HPCC (High Precision Contour Control), когда для обработки сигналов обратной связи используется дополнительный процессор;
  • регулирование ускорения;
  • коррекция инструмента (длина, радиус, износ фрезы);
  • автоматизированные функции сглаживания траектории (интерполяция NURBS);
  • высокая скорость передачи данных сети Ethernet (например, высокоскоростная связь RS422 обеспечивает пересылку файлов со скоростью до 2 Мегабод);
  • компенсация ошибок, обусловленных механикой;
  • безопасная эксплуатация в рабочем пространстве станка.

Возврат в начало

Функции предварительного просмотра (Look Ahead)

Сегменты траектории движения инструмента могут быть настолько малыми, что обрабатывающий центр, перемещающийся с большой рабочей подачей, не может ускоряться или замедляться достаточно быстро, чтобы выполнять перемещения с изменением направления очень точно. Функция предварительного просмотра (Look-Ahead) позволяет системе ЧПУ читать некоторое число еще не отработанных кадров управляющей программы, анализировать резкие изменения направления движения и соответственно регулировать рабочую подачу. Число предварительно просматриваемых кадров определяется характеристиками системы ЧПУ, и большее число не обязательно означают лучшее выполнение управляющей программы. Более жесткий станок, имеющий более динамичные приводы движения, может отрабатывать траекторию движения инструмента достаточно точно даже с системой ЧПУ, обладающей довольно скромными возможностями контролирования.

Возврат в начало

Интерполяция NURBS

Системы CAD/CAM для описания кривых и плоскостей используют математику сплайнов (NURBS), с помощью которой можно описать как кривые любой формы, так и все конические сечения (прямые, окружности, эллипсы и т.д.). Такой способ описания кривых и плоскостей также используется в стандарте STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data, ISO/IEC 10303) для обмена данными математических моделей.

Идеальные геометрические данные детали, в форме точного математического описания, являются доступными только в пределах системы CAD/CAM. Почему траектория движения инструмента не может быть получена непосредственно из этой информации в формате плавной линии для последующей механообработки? При стандартном методе подготовки данных к выполнению, электронная модель преобразовывается в представление формы, и данное преобразование обычно производится с определенным пределом точности, которое является причиной ошибки той же величины. При этом траектория движения инструмента представляет собой последовательность коротких линейных перемещений. Современные CAM способны генерировать такие данные в форме сплайнов.

Некоторые системы ЧПУ могут самостоятельно интерполировать движения по осям с помощью математических кривых. Интерполяция NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) — один из методов интерполяции по плавным кривым В-типа. Один кадр управляющей программы, описывающий сплайн, может заменить до 10 кадров, описывающих отрезки, при сохранении точности. Интерполяция по кривым позволяет менять направление постепенно, и система управления поддерживает более высокую среднюю рабочую подачу, чем при перемещении по полигональной траектории.

Таким образом, программирование посредством полигонов заменяется либо на передачу записей сплайнов непосредственно из системы CAM, либо на геометрическое преобразование внутри ЧПУ.

Существует вопрос, который сегодня вызывает многочисленные споры: какие все-таки параметры использовать в технологии NURBS, которая, по-существу, является компромиссом между объемом данных и получаемой точностью. Благое намерение состоит в том, чтобы обработать гладкий контур по плавной траектории, но в то же время очевидно, что точность обработанной поверхности будет относительной. Поэтому NC программист, опираясь на объективные данные, а, по сути — интуитивно, должен установить предел точности, настолько маленький, чтобы обеспечить точность, и настолько большой, чтобы траектория была достаточно гладкой, а объем управляющей программы — удовлетворительно малым.

На сегодняшний день, NURBS интерполяция, в силу вышеназванных причин, не обеспечивает большую точность, нежели интерполяция хордами. Но когда требуется получить особую точность, технология NURBS может предложить эффективный способ ее достижения.

Возврат в начало

Обработка данных системой ЧПУ

В процессе отработки управляющей программы, система ЧПУ интерпретирует команды формата EIA/ISO в данные, которые могут быть поняты системой управления и выполнены интерполятором. Но прежде, чем данные достигают интерполятора, должны быть осуществлены несколько преобразований с учетом коррекции, геометрии инструмента, смещений в пространстве и т.п.

Контроль точности перемещений осуществляется с помощью так называемых сигналов обратной связи. Изготовители систем ЧПУ, для увеличения скорости процесса, используют возможность наращивания способности обработки более высокой частоты сигналов для контролирования положения приводов. Для этого в процесс обработки сигналов включается сопроцессор, позволяющий использовать функцию HPCC.

Высокая скорость обработки информации мощными процессорами позволяет станку поддерживать достаточную точность перемещений с большой рабочей подачей. Но при этом нельзя пренебрегать реальными причинами медленных процессов механообработки.

Возврат в начало

Поддержание высокой рабочей подачи

Система ЧПУ с возможностью предварительного просмотра, будет защищать инструмент и станок от эффекта резкой смены направления движения при высоких рабочих подачах, уменьшая подачу перед поворотом. Это замедление может воздействовать на качество поверхности детали. Чтобы, по возможности, сохранить высокую рабочую подачу на всем пути движения инструмента, изменение направления должно быть плавным. Есть много способов сделать плавную траекторию движения средствами САМ системы: скругление углов, косое врезание по спирали и т.д.

Другой подход к сохранению высокой рабочей подачи: более частое изменение рабочей подачи (оптимизация). Способ сохранить по возможности постоянную нагрузку на инструмент и более высокую рабочую подачу состоит в том, чтобы изменять подачу обратно пропорционально объему удаляемого материала. Не многие САМ системы могут выполнять эту функцию автоматически. Подобной функцией оптимизации обладает, например, программный комплекс VERICUT фирмы CGTech. Программа делит траекторию движения инструмента на сегменты и устанавливает оптимальную рабочую подачу в зависимости от глубины и ширины резания.

Возврат в начало

 
     

© ООО "Инженерный консалтинг", 2003-2013, +7 (495) 995-96-96, 287-31-31, +7 (499)670-95-50 info@e-consul.ru

   
Инженерный Консалтинг
Успешный поставщик