Особенности кинематических схем токарных и фрезерных станков ЧПУ

Основополагающим фактором, влияющим на качество изделий, изготавливаемых на станках с числовым программным управлением, является кинематика последних. Это понятие включает в себя установление заданных кинематических связей между отдельными узлами устройства для обеспечения необходимого движения рабочего инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

• Что такое кинематика?
• Кинематические схемы
  • Фрезерного
  • Токарного
• Анализ кинематики

Что такое кинематика?

Любой станок, оснащенный блоками ЧПУ, обладает рабочими органами, которым с помощью управляющих программ сообщаются определенные движения, зависящие от характера выполняемых работ. В ходе эксплуатации устройств используются стандартные кинематические схемы.

Кинематическая схема станка с компьютерным управлением состоит из нескольких кинематических цепей, каждая из которых включает в себя кинематические пары и звенья.

Термин кинематическое звено определяет деталь станка (или в некоторых случаях группа деталей, которые жестко соединены между собой), связанная с другими узлами устройства. Кинематическими звеньями принято считать:

• зубчатые колеса станка;
• ходовые винты;
• шкивы и др.

 ВАЖНО!  Все кинематические схемы должны быть составлены в соответствии с требованиями ГОСТ 3462-61.

Несмотря на огромное число разнообразных станков и многообразие конструкций, движения рабочих органов в них во многом похожи. Это облегчает процесс изучения таких устройств и делает возможным создание единой для всех методики настройки.

Кинематическая настройка станка – установка и определение кинематических связей между его отдельными узлами для получения заданного относительного движения детали, подвергаемой обработке, и непосредственно режущего инструмента.

Движения в станках с ЧПУ  делятся на два типа:

• основные;
• вспомогательные.

Так и кинематические типы, предназначенные для реализации этих движений, носят название основных и вспомогательных.

К основным относят движения резания и подачи. Главное движение может быть вращательного типа или возвратно-поступательным. Движение подачи также бывает, в зависимости от цели, прямолинейным или вращательным.

Кинематическая цепь главного движения обеспечивает заданную скорость резания (V), которая измеряется в м/мин.

Скорость подачи обозначается буквой S и может измеряться в миллиметрах:

• на 1 зуб (для многозубых инструментов);
• на 1 оборот детали;
• в минуту в случае минутной подачи;
• на 1 двойной ход.

Под вспомогательными движениями понимаются те, которые не участвуют в процессе резания и формовки деталей, но требуются для того, чтобы беспрепятственно устанавливать и снимать обрабатываемые детали, подводить и отводить рабочие инструменты, автоматизировать систему управления устройством, контролировать размеры и качество воздействия на поверхность.

В некоторых станках с ЧПУ отдельно выделяются также специальные движения, которые присущи только одному типу станков. Например, в процессе производства зубчатых колес по технологии обката в кинематическую схему добавляются движения деления и обката, обеспечивающие образование необходимого зубчатого венца у обрабатываемой заготовки.

Кинематические схемы

При формировании кинематических схем основополагающее значение имеют кинематические группы.

В них включают:

1. Источник возникновения движения (двигатели различных типов).
2. Органы, отвечающие за исполнение (звенья, которые принимают непосредственное участие в формировании траектории исполнительного движения. К ним относят шпиндели, суппорты, рабочие столы и т. д.).
3. Органы настройки двигательных параметров (коробки скоростей, вариаторные установки и др.).
4. Кинематические связи.

Фрезерного

В кинематическую схему  фрезерного станка с ЧПУ  включают:

• Шпиндель. Он состоит из нескольких узлов (корпуса, вращающейся части, нескольких подшипников, зажимающих устройств, системы охлаждения и обдува, балансиров и др.).
• Оси. Отвечают за перемещение по заданным управляющим блоком координатам. Чаще всего используется декартова система координат, предполагающая наличие трех осей Y, X и Z.
• Контроллер. Представляет собой электронный мозг станка с ЧПУ, в котором находится вся управляющая электроника, отвечающая за движение относительно координатных осей. Устройство предназначено для принятия G-кода и команд, отдаваемых оператором станка с ЧПУ.
• Затяжной винт. Этот элемент предназначен для фиксации вспомогательных инструментов в шпинделе устройства. От того, насколько качественно закреплен рабочий инструмент, напрямую зависит уровень обработки детали. Если нож закреплен неправильно – это может привести к порче материала и поломке станка.

Токарного

Станки с числовым программным управлением, предназначенные для токарных работ, отличаются повышенным коэффициентом жесткости, который обеспечивается за счет утяжеленных направляющих и шпинделей. Это помогает нейтрализовать эффект от воздействия крутящего момента во время обработки деталей и связанной с этим повышенной нагрузкой.

В кинематическую схему входят:

• Направляющие. В отличие от оборудования фрезерного типа направляющие токарных станков следует надежно закрепить, при их установке должен быть исключен даже минимально возможный сдвиг.
• Ходовой винт. В токарных станках использование стандартных ходовых винтов неэффективно, поэтому в устройствах с блоком ЧПУ используются шариковые винты реверсивного типа. Такие детали обеспечивают замену трения скольжения на трение качения. Эффективность узла такого типа достигает 90 %. Достоинствами являются: увеличение срока эксплуатации; снижение сопротивления к тернию; сравнительно более низкий вращательный момент.
• Станина станка.
• Шпиндель и режущие инструменты.

Таким образом, классическая кинематическая схема универсального токарного станка включает в себя:

1. Станину устройства.
2. Переднюю бабку, которая компонуется шпиндельным узлом и коробкой скоростей.
3. Заднюю бабку, которая предназначена для поддержания конца заготовок избыточной длины и обеспечения жесткости системы.
4. Фартук, где располагаются управляющие органы.
5. Суппорт, служащий для перемещения режущего инструмента относительно закрепленной заготовки.
6. Фрезы.

Анализ кинематики

Анализ кинематической схемы станка производится для того, чтобы определить состав приводов главного движения и подач. Ключевым параметром при этом является тип применяемого в станке двигателя.

Для проведения анализа необходимо составить уравнение кинематического баланса для возможных типов работы привода, в том числе: максимальных и минимальных частот вращения шпинделя, скорости движения рабочих органов и т. д.

Далее с помощью кинематических параметров и показателя частоты вращения n_э определяется частота и скорость вращения шпинделя n_шп.

На основании полученных показателей кинематическая схема станка с ЧПУ корректируется и дополняется в соответствии с заданными параметрами.

Кинематика станка с ЧПУ – совокупность параметров, от которой зависит качество итогового изделия. Для того чтобы работа устройства осуществлялась максимально эффективно, следует своевременно проводить кинематическую настройку станка, то есть корректировать и определять кинематические связи между его отдельными органами для получения относительного движения обрабатываемого изделия и рабочих инструментов.