Жесткость и кинематическая точность станка
Такое свойство зубофрезерных станков, как крутильная жесткость (суммарный угол поворота оси инструмента относительно оси нарезаемой заготовки) является определяющим фактором, влияющим на его точностные характеристики и производительность.
Кроме того, в процессе эксплуатации регулярно возникает необходимость устранения ряда существенных дефектов кинематических цепей станков, связанных с:
| Тип дефекта | Описание | Влияние |
|---|---|---|
| Циклическая погрешность | Червячной делительной передачи станка | Снижение точности |
| Дефекты на зубьях | Делительного колеса | Погрешности нарезания |
| Циклическая погрешность | Инструментального шпинделя | Неравномерность вращения |
| Геометрические погрешности | Пальцев и сменных колес гитары деления | Неточность деления |
Станок с развязанной кинематикой
Одним из наиболее эффективных путей решения этих проблем является способ модернизации станка, предусматривающий исключение механических элементов кинематической схемы и их замены так называемыми виртуальными кинематическими связями.
Именно на станке с развязанной кинематикой количество кинематических элементов, участвующих в передаче вращения от инструмента к детали, минимальное, что позволяет добиться точности обработки, зависящей исключительно от возможностей инструмента.
| Параметр | Традиционный станок | Станок с развязанной кинематикой |
|---|---|---|
| Количество кинематических элементов | Множество | Минимальное |
| Точность обработки | Зависит только от инструмента | |
| Качество зубчатых колес | Стандартное | На 2 квалитета выше |
Поэтому развитие производства и модернизация оборудования в направлении станков с развязанной кинематикой позволяет добиться качества изготовления зубчатых колес в среднем на 2 квалитета выше.
Типовое решение vs альтернативное
Типовое решение
Большинство компаний для своих решений по модернизации зубофрезерного оборудования используют функционально насыщенные системы ЧПУ, демонстрирующие избыточность в отношении таких специальных задач, как создание станка с развязанной кинематикой.
Проблема: заказчик вынужден платить за дополнительные функции, необходимость в которых зачастую отсутствует.
Альтернативное решение
В свою очередь мы разработали более рациональное решение на базе программируемого логического контроллера производства Mitsubishi Electric (моушн контроллер), позволяющее не только восстановить рабочие характеристики, но и расширить технические возможности станков, установленных за последние 25 лет на предприятиях машиностроения.
Преимущества motion-контроллера
| Преимущество | Описание | Результат |
|---|---|---|
| Виртуальная кинематическая схема | Функциональные возможности создания | Исключение сложного программирования |
| Эмуляция зубчатых зацеплений | Минимизация промежуточных элементов | Повышенная жесткость несущей системы |
| Выбор способа обработки | Оптимальный способ и цикл | Влияние на производительность |
Техническое описание системы управления
Как основной компонент системы управления, моушн контроллер:
- ✓ Корректирует параметры скорости и вращающего момента
- ✓ Обеспечивает полную синхронизацию работы всех осей
Программное обеспечение
Моделирование кинематической схемы станка выполняется в специализированном программном обеспечении, применяемом на стадии разработки управляющей программы.
Полноценная библиотека механических узлов и механизмов позволяет описывать любые кинематические связи и содержит такие элементы, как:
- ✦ Программируемые редукторы
- ✦ Муфты
- ✦ Кулачки
- ✦ И другие элементы
Характеристики системы
| Компонент | Характеристика | Преимущество |
|---|---|---|
| Процессорный модуль | Начального уровня | Благоприятная цена решения |
| Разрешающая способность | Высокая | Точность синхронизации движения осей |
| Динамические характеристики | Сервоприводов | Высокая производительность станка |
| Плавность вращения | Функции подавления вибраций | Автонастройка контуров регулирования |
Интерфейс оператора
Специально разработанные экраны панели оператора позволяют:
- ✓ Программировать рабочие циклы станка посредством простого параметрирования
- ✓ Вводить необходимые размеры непосредственно с чертежа
- ✓ Автоматическую перестройку станка при выборе определенного изделия
В системе управления предусмотрены рабочие циклы для обработки:
- Цилиндрических зубчатых колес с косым зубом
- Цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом
- Цилиндрических зубчатых колес с бочкообразным зубом
Разработанный в рамках СУ графический интерфейс позволяет параметрировать работу станка, предоставляя возможность специалисту, не обладающему квалификацией оператора станка с ЧПУ, выполнять все операции, свойственные данному оборудованию.
Эффект внедрения
Впервые применив моушн контроллер, мы добились значительных результатов в части упрощения управления станками со сложной кинематикой и повышения качества обработки зубчатых колес.
При этом использование в системе управления зубофрезерным станком компонентов Mitsubishi гарантирует высокую надежность и прогрессивность решения.
Результаты внедрения
На сегодняшний день зубофрезерные станки, оснащаемые нашей системой управления, успешно внедрены в серийное производство крупных предприятий автомобилестроения, таких как МАЗ и БелАЗ.
| Результат | Показатель | Значение |
|---|---|---|
| Точность нарезания зубьев | Уровень квалитета | 4 квалитет |
| Причина повышения точности | Существенное повышение жесткости станка | — |
| Возможности обработки | Без перепрограммирования | Цилиндрические колеса с косым и бочкообразным зубом |
| Производительность | Ограничение | Только возможностями инструмента |
| Время переналадки | Снижение | Примерно на 10 часов |
| Требования к оператору | Существенное снижение | Не требуется квалификация оператора ЧПУ |
Экономическая целесообразность
На сегодняшний день целесообразность модернизации данного класса оборудования обусловлена его высокой стоимостью.
Наш проект доказывает, что эффективная модернизация — это самый короткий путь к получению оборудования, отвечающего современным требованиям.
Сравнение с электроэрозионным оборудованием
Основным недостатком, предлагаемого в качестве альтернативы зубофрезерным станкам электроэрозионного оборудования, является его ограниченность в части изготовления шестерен со сложным профилем зубьев.
Ограничения EDM
В частности, ввиду отсутствия возможности управления сложными перемещениями инструмента по нескольким осям, электроэрозионные станки неприменимы в отношении задач:
| Задача | Возможность EDM | Возможность зубофрезерного станка |
|---|---|---|
| Получение зубьев с косым профилем | ✗ Неприменимо | ✓ Возможно |
| Получение зубьев с бочкообразным профилем | ✗ Неприменимо | ✓ Возможно |
| Нарезание на одной несущей двух и более шестерен разного диаметра | ✗ Неприменимо | ✓ Возможно |
| Нарезание зубьев на валу | ✗ Неприменимо | ✓ Возможно |
Заключение
Модернизация зубофрезерных станков с применением motion-контроллеров Mitsubishi Electric позволяет:
- Повысить точность — до 4 квалитета
- Упростить управление — не требуется высокая квалификация оператора
- Сократить время переналадки — на 10 часов
- Расширить возможности — обработка сложных профилей без перепрограммирования
- Повысить производительность — ограничение только возможностями инструмента
- Снизить стоимость — по сравнению с покупкой нового оборудования
Это эффективное решение для современных предприятий машиностроения, позволяющее продлить срок службы существующего оборудования и повысить его конкурентоспособность.
ООО «ЭНСИ-ТЕХ»
Авторизованный дистрибьютор Mitsubishi Electric CNC
Москва, ул. Б. Новодмитровская 14, стр. 2, офис 213
Тел. (495) 748-01-91
Факс (495) 748-01-92
