Обрабатывающие центры, требования к обрабатывающим центрам

Фрезерно-расточные обрабатывающие центры, обладая широкими технологическими возможностями и еще большим потенциалом, являются в настоящее время наиболее высокопроизводительными и самыми востребованными типами станков. Недаром именно на их базе создаются многофункциональные станки, позволяющие выполнять не только традиционное фрезерование, сверление, растачивание и т.д., но также точение, шлифование, обработку деталей из прутка, лазерную обработку. Выбор таких станков является сложной проблемой как по техническим, так и по экономическим соображениям и зависит от ряда объективных и субъективных факторов.

Новые или старые?

В первую очередь решается вопрос, следует ли модернизировать уже работающее оборудование или покупать новое. Безусловно, инструментальное переоснащение или повышение уровня действующих станков можно осуществить быстро и сравнительно недорого. Кроме того, операторам легче работать на известных им в принципе станках. Однако сохранение существующих технологий ограничивает возможности оптимизации процессов обработки, да и ремонтировать старый станок придется значительно чаще, чем новый.

Поэтому необходимо подсчитать все расходы, связанные с покупкой нового оборудования, включая не только стоимость станка и его транспортирования, установки и обучения операторов, но и снижение производительности производственного участка на период доведения станка до требуемого уровня. У нового станка может быть дороже инструментальная оснастка и выше стоимость энергетических расходов. В то же время новые станки спроектированы, как правило, таким образом, что работать на них могут менее квалифицированные и, соответственно, менее оплачиваемые операторы. У них можно также снизить время наладки, ликвидировать или объединить ряд операций, сократив тем самым цикл обработки.

Побольше или поменьше?

Если все-таки принято решение о покупке нового обрабатывающего центра, то необходимо определить параметры деталей, которые будут на нем обрабатываться, для чего следует установить величины перемещений по осям X, Y, Z. Грузоподъемность стола определяют, исходя из максимальной предполагаемой массы заготовки с учетом наличия в рабочем пространстве «мертвых» зон, т.е. таких участков, где обработка невозможна.

Из всех вариантов следует выбирать обрабатывающий центр с минимальными параметрами, однако с учетом операций, которые на нем предполагается выполнять, поскольку, например длина инструментов и высота зажимных приспособлений могут резко сократить используемое перемещение по оси Z. Разумеется, это перемещение не является критическим при специализации станка на фрезеровании карманов в плоских деталях, но если предполагается также сверлить и глубокие отверстия, то перемещения по оси Z следует выбирать даже с небольшим запасом.

Мощности, скорости и жесткость

Требуемые мощности и частоты вращения шпинделя определяются прежде всего свойствами обрабатываемых материалов. Высокие крутящие моменты и сравнительно низкие частоты вращения шпинделя требуются обычно при обработке прочных и вязких металлов, а более высокие, при обработке сравнительно мягких. Чаще всего, станок должен сочетать в себе высокую мощность привода с возможностью получения высоких частот вращения шпинделя, что особенно актуально для предприятий мелкосерийного и единичного производства, где на одном и том же станке нередко приходится обрабатывать как легированную сталь, так и алюминий.

Этого следует избегать или использовать при обработке алюминия сменные высокоскоростные шпиндели, оснащаемые обычно специальными керамическими подшипниками с меньшим тепловыделением. На обычных шпинделях ставят подшипники со стальными шариками, поскольку использование керамических на тяжелых режимах и при прерывистом резании резко сокращает срок их службы. Компромисс требуется находить и между крутящим моментом и мощностью, поскольку традиционные двигатели обеспечивают высокий крутящий момент только при низких скоростях вращения шпинделя. Один из вариантов решения — выбор привода шпинделя с двумя системами обмоток — одна рассчитана на высокие скорости вращения, другая — на низкие, что обеспечивает достаточный крутящий момент в обоих случаях. Такая электронная коробка скоростей наиболее эффективна в сочетании с механической.

Поскольку жесткость станка прямо пропорциональная его массе, то наибольшее применение у обрабатывающих центров нашли тяжелые литые станины и другие корпусные детали, хотя иногда встречаются и стальные сварные конструкции. Они, возможно, и жестче литых и наверняка легче, но контроль возникающих в них вибраций осуществлять труднее. Поэтому при высоких скоростях и тяжелых режимах резания применяют станки с литыми конструкциями, рассчитываемыми методом конечных элементов, что позволяет свести к минимуму массу этих конструкций там, где для них не требуется опора, и усилить их там, где такая опора необходима. Такого рода анализ позволяет предсказать статические и динамические характеристики станка, изменяя при необходимости виброхарактеристики его важнейших конструкций. В результате путем серии последовательных приближений конструкции станка к оптимальной ее можно оценить и испытать еще до появления первого опытного образца.

Не менее важное влияние на жесткость станка оказывают направляющие — как качения, так и скольжения. Первые рассчитаны обычно на более быстрые перемещения рабочих органов, но с пониженной рабочей нагрузкой, а вторые при относительно меньших скоростях перемещения могут выдерживать большие нагрузки. Границей преимущественного применения тех или других направляющих служит частота вращения шпинделя станка. Если она ниже 8000 мин-1, это, как правило, область применения направляющих качения, если выше ? то направляющих скольжения. Вертикальные обрабатывающие центры американской фирмы Fadal, например, с относительно низкой мощностью привода и невысокой частотой вращения шпинделя, полностью оснащены линейными направляющими. У аналогичных станков, но с более высокой мощностью привода для перемещений по осям Х и Y применены направляющие качения, а по оси Z, направляющие скольжения. Это объясняется тем, что в связи с увеличением у вертикальных обрабатывающих центров объема рабочей зоны увеличиваются и преимущества консольного расположения шпинделя, но вместе с одновременным увеличением бокового давления. У станков этой фирмы с максимальной мощностью привода направляющие скольжения используются по всем осям координат, поскольку такие направляющие, по мнению многих специалистов, обладают большей упругостью и даже при повышенных нагрузках не становятся источниками вибраций.