Умные обрабатывающие центры

Сегодня многие металлообрабатывающие мастерские ищут новые направления для увеличения прибыли. В современных условиях рынка уже невозможно решить все задачи исключительно токарными станками.

На современных токарных станках помимо основных операций возможно также осуществлять фрезерование, сверление, растачивание и нарезание резьбы. Но вертикальные обрабатывающие центры могут дать еще больше возможностей: обработка призматических деталей, и массовая автономная обработка партии деталей в специальных приспособлениях. Более 50% всего покупаемого инструмента в США предназначается для вертикальных обрабатывающих центров. Данному факту есть простое объяснение: эти станки с ЧПУ являются логическим продолжением сверлильных станков, а обработка отверстий является самой распространенной операцией в металлообработке.
Основной чертой этих центров является вертикальное расположение шпинделя. Как правило вертикальные станки предназначены для высокоточной обработки в то время как горизонтальные станки чаще используются для черновых операций. Финишные операции в механообработке также требуют более точного режущего инструмента.

Высокоточные токарные цеха, которые планируют вложить средства в обрабатывающий центр, должны четко понимать баланс между токарной обработкой и дальнейшими операциями над изделием. Если цех занимается обработкой небольших партий деталей и с малым количеством фрезерных операций – вполне подойдет многофункциональный токарный станок, но для более сложных и прецизионных операций обрабатывающий центр с его точностью 4-5 микрометров, будет более эффективным. Но нужно понимать что обрабатывающий центр на вторичных операциях сможет обеспечить заявленную точность только при качественной первичной обработке. Также чтобы оправдать его внедрение нужно проанализировать номенклатуру сложность изготавливаемых в цехе деталей.

Иерархия обрабатывающих центров

Иерархию обрабатывающих центров можно представить в виде пирамиды. Её вершину занимают станки для кондукторной расточки с погрешностью обработки 2 микрона, далее идут суперпрецизионные станки с точностью от 2 до 4 мкм, потом следуют высокоточные станки с диапазоном от 5 до 7 микрон и замыкают пирамиду стандартные обрабатывающие центры и станки начального уровня. Два последних уровня как правило не имеют системы контроля температурного расширения. Станки более высокого уровня как правило имеют эту функцию в базовой комплектации вместе с системой охлаждения шпинделя.
Интегрированный в электромотор шпиндель выдает высочайшие показатели обработки: высокую точность обработки поверхности, пониженные шум, вибрацию и нагрев. Такая конструкция позволяет исключить из кинематической схемы редукторы и другие устройства для передачи мощности. Все это хоть и усложняет конструкцию самого двигателя, но позволяет получить высочайшую точность контроля оборотов и крутящего момента Все высокоточные шпиндели, оснащенные системой масляного охлаждения и смазки подшипников, могут функционировать в режиме максимальной нагрузки с эффективностью до 80%.

Настройка оборудования при помощи ПО

При выборе станка необходимо уделить внимание возможности управления всеми характеристиками и динамикой станка при помощи программного обеспечения. При изготовлении оборудования, производитель проводит стартовую настройку и калибровку, но при установке непосредственно в цеху могут быть довольно сильные отклонения в температуре, влажности или давлении. Эти факторы могу повлиять на точность обработки. Качественный и современный набор заводского программного обеспечения может положительно повлиять на безопасность и эффективность организации с одной стороны и на качество выпускаемой продукции с другой. Современное ПО автоматически оптимизирует все процессы машины в процессе обработки при этом избегая ошибок и быстро адаптируясь к изменяющимся температурным условиям. Все это позволяет значительно снизить расход материала и износ режущего инструмента, особенно это заметно при обработке металлов и сплавов для аэрокосмической промышленности.

Возможность автоматической настройки станка в режиме реального времени является очень большим преимуществом для любого производства. Если учитывать что механическая обработка состоит из черновых, получистовых и финишных операций, автоматическая подстройка системы под текущую операцию обеспечивает высочайшее качество обработки увеличивая пропускную способность. При грамотной настройке, эти функции работают в фоновом режиме и не требуют постоянного мониторинг. Используя многочисленные датчики, данное ПО контролирует множество переменных во время работы: температура, скорости резания и подачи, давление и т.д. Высокочувствительные температурные сенсоры установлены во множестве узлов обрабатывающего центра, как правило на раме (там где возможно температурное смещение) передают данные в ЧПУ станка до 100 раз в секунду, что позволяет компенсировать все неточности обработки и всегда поддерживать нулевую точку позиционирования инструмента на одном месте.

Оптимизация программ ЧПУ включает в себя модули машинного обучения. Они отслеживают все перемещения и подачи в режиме реального времени и создают постоянную нагрузку на все узлы станка и инструмента минимизируя динамические скачки и колебания. Данный подход продлевает срок службы режущего инструмента до 40%.

Компенсация статического смещения

Во время вращения шпинделя он сильно нагревается и увеличивается вдоль оси Z, в следствии чего режущий инструмент также смещается от нулевой точки. При больших оборотах и высокой температуре посадочный конус шпинделя расширяется и инструмент как бы углубляется в шпиндель. Конечно в данном случае речь идет о сотых или тысячных долях миллиметра, но даже такие незначительные погрешности могут серьезно повлиять на качество изделия. Поэтому нужно также уделять внимание системе закрепления инструмента.

Исходя из всего вышеперечисленного можно сделать вывод что выбор современного высокопроизводительного вертикального обрабатывающего центра является довольно непростой задачей. И только комплексный анализ всех ключевых параметров станка помогут принять правильное решение и повысить эффективность обработки.