Неправильный подбор мощности основного двигателя не даст достигнуть требуемых параметров зависимости крутящего момента от мощности. Особенно это важно, когда требуется проводить обработку заготовки из жаропрочных материалов и титановых сплавов, а также сплавов с высоким содержанием никеля.
Подбор количества позиций инструмента без учета технологического процесса приведет к простоям из-за смены режущих инструментов.
Не выбрана опция «СОЖ под давлением» для обработки глубоких или сразу множества отверстий, или же подобрано недостаточное давление, или опцию вовсе не учли. Нужно учитывать возможную сложность конструкций изготавливаемых изделий.
Выбран недостаточный объем памяти для управляющих программ или обработки. Зачастую клиент не имеет возможности хранить их на сторонних носителях, поэтому тщательно проанализируйте, насколько сложны обрабатываемые детали с точки зрения конструкции, материала, количества переходов в операциях.
Выбор направляющих. Порой сложно определиться с выбором, но каждый тип подходит для определенных целей. Скольжения обладают высокой нагрузочной способностью, просты по конструкции, качения же дают высокие скорость перемещений и плавность.
Разберем перечисленные ошибки подробнее.
Важно понимать, что каждый тип имеет свои особенности и уже от поставленных вами целей зависит их выбор.
Оправки — это необходимое оснащение, без которого работа на станке в принципе невозможна: оно обеспечивает передачу крутящего момента от шпинделя к режущему инструменту. Разберем конструкцию фрезерных оправок, типы конусов хвостовика, их достоинства и недостатки.
Фрезерная оправка состоит из двух частей. В одной части — крепление режущего инструмента, в противоположной – крепление в шпинделе станка. Для крепления используется конический хвостовик, отличающийся рядом преимуществ перед цилиндрическими и другими типами соединений:
Конусообразный хвостовик позволяет легче и быстрее менять инструмент.
Конус обеспечивает необходимую точность центрирования.
Крепление отличается надежностью, а его степень зависит от типа стандарта конуса.
Особенность конуса в эффекте «самозаклинивания» — оправка будет надежно закреплена за счет конструкции самого конуса.
Этот конус используется для фрезерных универсальных станков, а также для сверлильных станков. На оборудование с ЧПУ его практически не устанавливают, так как эффект «самозаклинивания» не позволит автоматически производить замену инструмента.
Конус c отношением 7:24 (ISO) позволяет автоматически менять инструмент на станках с ЧПУ.
Оправки ISO (7:24) бывают в нескольких исполнениях. Наибольшей популярностью пользуются:
SK (по-немецки – крутой конус) — выполнены по немецкому стандарту DIN 69871;
BT — японский стандарт MAS 403 BT (для автоматической смены);
NT — немецкий стандарт DIN 2080 (только для ручной смены).
Основные преимущества HSK и KM:
Облегченная конструкция;
Хорошая повторяемость;
Жесткость.
Наиболее часто встречающиеся типоразмеры — HSK40, 50, 63 и 100.
Capto — самый молодой тип, что в переводе означает полигональный инструментальный конус. Позиционируется как аналог системы HSK, но уже премиум-класса.
В сечении конус Capto представляет собой треугольник со скругленными краями и выгнутыми сторонами. Угол поверхности посадки аналогичен конусу Морзе. Такая форма дает эффект «самозаклинивания», обеспечивая очень жесткую посадку и хорошую передачу крутящего момента.
Однако из-за сложности конструкции производство оправок такого типа обходится довольно дорого, а покупать их часто нерентабельно.
Неверно рассчитанная максимальная рабочая зона (перемещение по осям XYZ) может не позволить разместить необходимую номенклатуру изделий. Чтобы избежать подобной ошибки, нужно тщательно проанализировать перечень деталей, обрабатываемых на выбранном станке.
В каждом фрезерном станке с ЧПУ есть несколько двигателей: главный — сервопривод для вращения шпинделя, и вспомогательные — сервоприводы для перемещений рабочего стола или шпинделя — в зависимости от кинематики станка.
Часто бывает, что мы ограничены бюджетом, но хотим приобрести станок с максимальной эффективностью производства деталей. Обращая внимание только на мощность двигателя, мы думаем, что станок с хорошей мощностью позволит реализовать все наши задачи. Однако при этом мы не обращаем внимания на крутящий момент станка и тем самым совершаем ошибку. Без правильно подобранных параметров крутящего момента не получится эффективно обрабатывать элементы детали.
У каждого станка есть диаграмма мощности и крутящего момента, составлять технологический процесс требуется, опираясь на возможности станка.
К примеру, вам необходимо сверлить отверстие миллиметров на 32 диаметром, глубиной 80 мм. Обрабатываемый материал Сталь 40 твердостью HB210. Приобретаем станок киловатт на 11/15 кВт в надежде, что «справится» — да, станок справится, но насколько эффективно – это еще вопрос.
Необходимо также учесть, что у станков есть разные режимы работы двигателей — постоянный, краткосрочный (30 или 15 мин.) и пиковый (одномоментный). Для стабильного процесса желательно работать всегда в постоянном режиме двигателя.
Выбирая станок, нам важно эффективно использовать режущий инструмент на указанных его режимах резания.
В первой таблице показаны мощность и крутящий момент при сверлении на стандартных режимах резания, скорость резания — V-100 м/мин при подаче 0,16 мм/об. Требуемый крутящий момент получается 97,19 Нм при мощности 10,65 кВт. При данных режимах время обработки составит 32 сек.
Таблица 1. Расчет режимов резания и необходимых мощностных характеристик станка при недостаточном крутящем моменте
При недостаточном крутящем моменте мы снижаем подачу и можем повысить обороты. Но при данном методе требуется учитывать: при увеличении оборотов крутящий момент начинает падать и при достижении мощности его все равно будет недостаточно. Помимо этого, инструмент может начать быстрее изнашиваться (гореть), если твердый сплав и покрытие не рассчитаны на данные скорости резания. Но даже если опустить эти факторы, время обработки отверстия составит 35,6 сек. Это наглядно показано во второй таблице:
Таблица 2. Расчет режимов резания и необходимых мощностных характеристик станка с пониженной подачей и увеличенными оборотами
Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что при выборе оборудования требуется понимать, какие детали, какой серийности и с какой эффективностью мы будем изготавливать. Для получения минимальной себестоимости продукции оборудование должно выполнять свою работу эффективно и без дополнительных вспомогательных операций.
Порой встречается технология обработки детали типа «корпус», когда число позиций инструмента может дойти до двух-трех десятков, либо невозможно скомбинировать режущий инструмент. В таком случае приходится выходить за временные рамки и останавливать оборудование для замены нужного инструмента. Рекомендуется просчитывать возможное количество одновременно необходимого инструмента в магазине, выбирая 20, 24, 28 и больше позиций.
Необходимо учитывать возможную сложность конструкций изготавливаемых изделий. Перед производством ставятся непростые задачи по обработке глубоких отверстий, множества отверстий (типа перфорации) или корпусных изделий, матрицы, пресс-формы, где необходимо выбирать значительную часть металла.
В этих случаях нам необходимы такие показатели, как:
Эффективное удаление стружки — минимизирует участие оператора в лишних остановах для очистки рабочей зоны;
Продуктивный отвод тепла — предоставляет возможность эффективной реализации глубокого сверления, более продуктивная эвакуация стружки,предотвращающая ее уплотнение и, как следствие, возможные повторные проходы инструментом;
Исключение перегрева режущего инструмента и, как следствие, увеличение срока его службы.
К сожалению, на практике такое случается часто: десятки новых станков поступают на производство и в процессе работы выясняется, что у них малый объем памяти для УП. Мы регулярно слышим от операторов нелестные отзывы по этому поводу. Надо признать, что они правы: за огромные деньги люди получают не то, что нужно, а проблемы, с которыми потом приходится мучаться долгое время. Особенно сегодня, когда перед производством встает все больше интересных задач ввиду сложности конструкций изделий и обрабатываемых материалов. Лучший вариант — обговорить все нюансы на этапе подбора и установить сразу необходимое дооснащение ЧПУ.
Но даже если вы уже приобрели оборудование, проблему можно решить: всегда есть возможность установить дополнительно необходимое ПО, платы и расширить память. Вопрос лишь во времени. Добавим, что некоторые производители систем ЧПУ уже в базовых комплектациях при равной стоимости учитывают эту необходимость и без дополнительных опций, выездов специалистов.
Здесь все достаточно просто, у каждого типа есть свои плюсы и минусы. Все зависит от поставленных целей, так или иначе и те и другие в общем и целом универсальны — одну деталь можно будет сделать как на одном, так и на другом станке .
Направляющие качения
Направляющие качения начали применяться вместо направляющих скольжения в середине прошлого века на координатно-расточных, шлифовальных, заточных и некоторых других прецизионных станках, где требовались точные малые (с дискретностью до 0,001 мм) установочные перемещения узлов. Такие перемещения на направляющих скольжения очень трудно выполнялись или вообще были невыполнимы из-за так называемых скачков.
Преимущества:
Обладают малым трением (коэффициент трения составляет 0,003…0,005);
Обеспечивают высокую плавность перемещений, высокие скорости и ускорения перемещений;
В соответствующем исполнении обеспечивают высокую нагрузочную способность, жесткость и долговечность системы;
Имеют высокую ремонтопригодность.
Недостатки:
Сравнительно низкое демпфирование (искусственное подавление колебаний),
Повышенная чувствительность к загрязнению;
Высокая стоимость, которая во многих случаях становится существенным фактором, ограничивающим их использование.
Направляющие скольжения
Являются частью самой станины и образуются в процессе производства станка. Качество направляющих скольжения — это репутация производителя с его культурой и менеджментом производства (как механообрабатывающего так и сборочного).
При выборе этого типа следует обратить внимание на основные преимущества:
Простота и компактность конструкции;
Высокая нагрузочная способность и жесткость, демпфирование — хорошая работа на прямолинейных подачах при черновой обдирке;
Невысокая стоимость.
И такие ограничения:
Ниже точность позиционирования и повторяемость позиционирования оборудования (примерно в 1,4 – 1,5 раза при сравнении станков «на качения» аналогичных типоразмеров).
Скачкообразное изменение нагрузок по осям, так как двигателю требуется сорвать с мертвой точки тяжелонагруженный суппорт ввиду большой площади контакта.
Низкая точность при круговых перемещениях и при подачах с частой сменой направления движения инструмента (реверс приводов), что сильно сказывается на точности обработки.
Высокая сила трения — выше износ, меньше срок эксплуатации станка. Например, при обработке небольших, коротких изделий в местах перемещений ответных частей направляющих возможна выработка поверхностей.
Сложность ремонта оборудования, дороговизна перешлифовки направляющих (особенно крупных станков, трудно найти оборудование для ремонта), необходимость шабрения ответных частей конструкции для достижения (возобновления) первоначально заявленной точности оборудования.
Размеры заготовки: они должны быть меньше размеров рабочего стола.
Правильный подбор необходимой допустимой несущей способности.
Верно рассчитанное пространство для установки зажима и крепления головки.
Тип обработки (черновая или чистовая): при черновой обработке (обдирка, большой съем материала) в приоритете будет высокая мощность и крутящий момент, например BMC-3012 или VM1880(ZF). Для чистовой обработки (снимаемый припуск не более 2 мм, получение окончательных форм и размеров) или высокоскоростного фрезерования (высокая подача, минимальный снимаемый припуск) достаточно базовых характеристик, например VM950S или V6;
Рассмотрим основные типы станков и изготавливаемые на них детали:
Вертикально-фрезерный. На данном оборудовании производят работы различными типами фрез (цилиндрическими, торцевыми, концевыми, фасонными и т. д.) и сверлами. Обрабатывают такие детали, как корпус, фланец, шнек и детали общего машиностроения.
Портально-фрезерный. Этот станок предназначен для обработки крупногабаритных деталей: рельс, рам, станин.
Горизонтально-фрезерный и расточной. Горизонтально-фрезерные станки предназначены для обработки вертикальных, горизонтальных, винтовых, фасонных поверхностей. На горизонтально-расточных станках к основным линейным координатным (X, Y, Z) ходам станка добавляется ход по оси W (выдвижение пиноли). На этих машинах производят операции растачивания, сверления, зенкерования, фрезерования плоскостей и др. На горизонтально-фрезерных и расточных станках обрабатывают такие детали, как корпуса гидрораспределителей, трансмиссий, запорная арматура.
5-осевые станки имеют фрезерную головку поворотного типа или же интегрированный стол станка имеет возможность поворота и наклона. Размеры деталей определяются по основным линейным ходам осей X, Y, Z, а также двум круговым – осей А, С. Обработка деталей производится в нескольких плоскостях. В отличие от других типов, данный станок обладает большими возможностями. На нем можно обрабатывать криволинейные поверхности со сложной конфигурацией. На 5-осевых станках обрабатывают пресс-формы, крыльчатки, винты, направляющие аппараты.