Оснащение фрезерных станков с ЧПУ

Современные фрезерные станки с ЧПУ имеют широкий, заложенный производителем, спектр технологических возможностей обработки заготовок. Помимо этого, станки данного класса возможно дополнительно оснащать различными элементами, которые повысят его основные характеристики (точность, жесткость, мощность шпинделя и т.д.), а также расширять спектр технологических возможностей. В данной обзорной статье будут приведены различные элементы оснащения фрезерных станков с ЧПУ.

В первую очередь хотелось бы обратить внимание на кинематическое оснащение фрезерных станков с ЧПУ, а именно различные направляющие и тип используемых передач. Так, к направляющим относят направляющие качения (рис. 1а), гидростатические (рис. 1б), аэростатические

(рис. 1в) и комбинированные (комбинация направляющих скольжения и качения). Каждый тип направляющих имеет свои достоинства и недостатки. Так плюсом направляющих качения является их точность и возможность использовать их при массе узлов до 10-15 т. Минусом является высокая себестоимость. Положительные стороны гидростатических направляющих схожи с упомянутыми ранее направляющими качения. К минусам можно отнести меньшую эксплуатационную надёжность. К плюсам аэростатических направляющих можно отнести точность. Минусами является их относительно низкая нагрузочная способность и жесткость. К плюсам комбинированных направляющих можно отнести простую конструкцию и низкую стоимость. К минусам можно отнести низкую износостойкость [1].

а)                       б)                      в)

Рис. 1. Направляющие, используемые во фрезерных станках с ЧПУ: а) качения; б) гидростатическая; в) аэростатическая

Помимо направляющих в станках с ЧПУ важную роль играют типы используемых передач. К ним относятся передачи типа винт/гайка, шарико-винтовая передача (ШВП), зубчатые передачи (зубчатый ремень, шестерня/рейка), цепная передача, тросовая передача. Плюсы передачи типа винт/гайка в дешевизне и доступности, минусы в высоких потерях на трение в паре. Плюсы ШВП - небольшие потери на трение, высокая точность перемещения, минусы - самая высокая стоимость среди представленных приводов. К плюсам зубчатого ремня можно отнести компактность, бесшумность, простоту конструкции, лёгкость в обслуживании, минусом является то, что под нагрузкой ремень растягивается. Плюсами привода шестер-ня/гайка является обеспечение ею высокой скорости перемещения и большую величину передаваемых усилий, к минусам относят то, что привод рейка/шестерня не является прецизионной передачей. Плюсом цепного привода является возможность выдерживать большие нагрузки, а минусом являются большие габариты приводных звезд. Плюс тросового привода это его дешевизна, минус это сложная схема намотки троса, большие габариты намоточных барабанов.

К элементам оснащения, расширяющим технологические возможности фрезерных станков с ЧПУ можно отнести: станочные тиски, магнитные и поворотные столы, всевозможные прижимы заготовок, вакуумные столы и присоски, гофрозащита направляющих, различные соединительные муфты, оптические линейки, комплектующие систем подачи смазочноохлаждающей жидкости (СОЖ), системы централизованной смазки, а также системы пылеудаления. Каждый из перечисленных элементов оснащения, при внедрении его в работу (переоснащение станка), значительно расширит возможности модернизируемого оборудования.

Рассмотри наиболее интересные элементы оснащения. Так в работу фрезерных станков с ЧПУ внедряют 4 и 5 оси. Как правило они представляют из себя оси вращения. К плюсам можно отнести обеспечение доступа к большему количеству обрабатываемых сторон детали, т.е. обработка может производиться без переустановки заготовки, а также возможность обработки сложных фасонных поверхностей, которые было бы сложно обработать в 3 координатах. Также к элементам оснащения, добавляющим 4 ось, можно отнести поворотные столы, различных конструкций (рис. 2) [2, 3].

а)                                       б)

Рис. 2. Приспособления, добавляющие дополнительные степени свободы: а) 4-тая ось; б) 4 и 5-тая оси

Для корректирования и позиционирования инструмента на фрезерных станках с ЧПУ используют контактные датчики положения инструмента (рис. 3а). Такие дат- чики срабатывают при касании инструментом поверхности датчика. К плюсам таких датчиков можно отнести достаточно высокую точность определения измеряе- мого параметра, а к минусам увеличения цикла обработки заготовки за счёт добавления вспомогательных ходов для подвода инструмента к датчику. Так же внедряют объемные магнитные концевики (рис. 3б). Данный датчик срабатывает, когда он касается поверхности. Служит этот датчик для контроля столкновений с элементами станка. Для определения положения дета-ли/инструмента внедряют линейные датчики (рис. 3в). Они состоят из 2 частей:

растровой линейки и подвижной головки. Определение положения происходит за счет контроля положения головки при движении по линейке. К плюсам можно отнести высокую точность определения линейного положения объекта, к минусам можно отнести увеличение габаритов рабочих элементов станка, так как линейка крепиться в областях расположения ходовых винтов [4].

а)

б)

Рис. 3. Примеры используемых датчиков:

а) датчик положения инструмента; б) магнитные концевые датчики; в) линейные датчики

в)

Наибольший интерес представляет модернизация Фрезерного станка с ЧПУ 3D сканером. Для этого необходимо наличие как минимум поворотного стола или же приспособления (рис. 2.) Наличие 3D сканера позволит проводить сканирование поверхности изделия, помещенного в рабочую область станка, что может быть крайне интересно в случае механической обработки литых заготовок или деталей после ремонта (наплавленные участки или сварочные швы). Ремонт и восстановление деталей, особенно малыми партиями или в единичном экземпляре занимают колоссальное количество времени для разработки управляющей программы. Для этого нужно измерить зачастую криволинейные лия. Также сканирование всей детали, а не лишь ее части, позволит избежать столкновения инструмента с элементами изделия. Помимо ремонта в таком станке появляется возможность обработки биметаллических изделий с наплавленными рабочими частями. К примеру, это могут быть элементы сцепки вагонов, фрикционные и антифрикционные поверхности, которые могут иметь довольно сложную форму как за счет того, что они были изначально так спроектированы, так и за счет дефектов и неровностей, возникающих при наплавке поверхностей. Последний пример особенно примечателен тем, что после наплавки сложных изделий каждая такая деталь будет уникальной, что не позволит написать и сложные поверхности, выполнить серию оптимальную управляющую программу пробных обработок на тестовых моделях, для всех изделий такого рода.

что чревато браком при обработке изде-