De structurele kenmerken van hoogwaardige bewerkingscentra

Het verschil tussen hoogwaardige bewerkingscentra en hogesnelheidsbewerkingscentra ligt in het feit dat ze niet alleen een roterende spindel met hoge snelheid hebben, maar ook zeer nauwkeurige lineaire bewegingsgeleiders, krachtige spindelmotoren, precisiespillagers ontwerpen, kogelomloopspindels, zeer efficiënte servoaandrijfmotoren en geavanceerde CNC-systemen. Daarom kan het bewerkingscentrum onderdelen met hoge precisie met een hoge efficiëntie verwerken, waardoor de concurrentiepositie op de markt aanzienlijk wordt verbeterd.
1. Lineaire bewegingsgeleiderail
De snelheid en nauwkeurigheid van de axiale beweging van het bewerkingscentrum zijn cruciaal voor het bereiken van hoge snijsnelheden. De wrijvingscoëfficiënt van een lineaire bewegingsgeleider bedraagt ​​slechts 1/20 van die van een gewone vierkante geleiderail. Omdat het contactoppervlak tussen de rollen van de lineaire bewegingsgeleiderail en de geleiderail veel kleiner is dan dat van de vierkante geleiderail, wordt het energieverbruik ook teruggebracht tot 1/20 van dat van de vierkante geleiderail. en het kan lange tijd minimale slijtage behouden, waardoor de levensduur van de geleiderail aanzienlijk wordt verbeterd. De precisiegeleiderail met lineaire beweging heeft een hardheid van HRC58-62, die wordt geslepen door een precisiegeleiderailslijpmachine. In tegenstelling tot gewone vierkante geleiderails heeft deze minimaal één V-vormige geleiderail. Door de eenvoudige structuur van de twee lineaire geleiderails is het eenvoudig om de juiste roldiameter te verwerken, monteren, meten en selecteren. De lineaire bewegingsgeleiderail heeft een hoge stijfheid en er is geen opening tussen de geleiderail en de werktafel, waardoor deze zelden trillingen genereert en onderdelen met een lage oppervlakteruwheid kan verwerken, waardoor de levensduur van het gereedschap wordt verlengd.
2. Precisie kogelomloopspindel
De diameter en spoed van de kogelomloopspindel van de werktuigmachine hebben rechtstreeks invloed op de nauwkeurigheid van de bewerkte onderdelen, vooral onder snijomstandigheden van de voedingssnelheid. Hoogwaardige bewerkingscentra die lineaire bewegingsgeleiders gebruiken, kiezen voor kogelomloopspindels met een kleine diameter en een fijne spoed. Sommigen gebruiken ook meerkoppige kogelomloopspindels met grove spoed. Over het algemeen wordt een transmissieschema toegepast waarbij gebruik wordt gemaakt van servomotoren om kogelomloopspindels aan te drijven. Tijdens de werking van de kogelomloopspindel verandert de richting van de rotatieas van het rolelement echter wanneer het in een spiraalvormige beweging beweegt, wat resulteert in een gyroscopische beweging. Wanneer het gyroscopisch bewegingsmoment de wrijvingskracht tussen het kogellichaam en de loopring overschrijdt, zal het rollende lichaam gaan glijden, wat ernstige wrijving veroorzaakt en de temperatuur van de schroef verhoogt. Tegelijkertijd nemen trillingen en geluid toe, waardoor de levensduur van de schroef wordt verkort en de transmissiekwaliteit van de kogelomloopspindel wordt verminderd. Een nieuw type hoogwaardige rolschroef, planetaire rolschroef, is ontwikkeld om de bovengenoemde technische problemen effectief op te lossen. Met de voortdurende ontwikkeling van nieuwe technologieën zal de versnelling van de werkbank onder ultrahoge voedingsomstandigheden meer dan 3 g bereiken, dus de traagheidskracht van de bewegende delen is ook behoorlijk groot. Bij het ontwerpen van het mechanische onderdeel moeten inspanningen worden geleverd om de massa van bewegende delen en de rotatietraagheid van roterende delen te verminderen, waardoor de stijfheid, gevoeligheid en nauwkeurigheid van het toevoersysteem verder worden verbeterd.
3. Spilmotor voor werktuigmachines met hoog vermogen
Van de vele factoren die van invloed zijn op de keuze van het motorvermogen van de spilmotor van een werktuigmachine, zijn de belangrijkste de spilconus, de tijdens de bewerking geselecteerde snijhoeveelheid (snijsnelheid), de onderdeelgrootte en de gereedschapsgrootte. Als u een grote conische spil kiest, kan er met een hoog vermogen worden gesneden, maar soms kan, om snel te versnellen en te vertragen, ook een motor met hoog vermogen worden gebruikt om een ​​kleine conische spil aan te drijven. Voor bewerking met een hoge snijsnelheid is het noodzakelijk om een ​​grote conische spil en een krachtige spilmotor van de werktuigmachine te kiezen. Het materiaal van de onderdelen heeft weinig invloed op de keuze van het spilmotorvermogen van de werktuigmachine. Voor smeedstukken en gietstukken is bijvoorbeeld snijden met hoog vermogen niet vereist. Wanneer er echter voor wordt gekozen om met hoge snelheden op de spindel van de werktuigmachine te verwerken, moet er een motor met hoog vermogen worden geselecteerd. De reden waarom een ​​krachtige aandrijving ook nodig is voor het bewerken van grote onderdelen, is omdat hiervoor snijgereedschappen met een grote diameter nodig zijn.
4. Spindellagers
Het type en de schaal van de spindellagers moeten voldoen aan de gebruiksvoorwaarden. Grote lagers kunnen een hoge sterkte en stijfheid bieden. Grote lagers hebben echter twee nadelen:
1) Door de grote massa van grote lagers en het grote contactoppervlak tussen lagers wordt bij hoge spiltoerentallen een grote hoeveelheid warmte gegenereerd. Langdurige blootstelling aan een grote hoeveelheid hitte kan ervoor zorgen dat de spil groter wordt, wat de nauwkeurigheid van de bewerking beïnvloedt.
Een hoogwaardige spil vereist een krachtige motor om deze aan te drijven. Hoewel de binnenring van het lager wordt gekoeld met smeerolie, vergroten grote lagers hun draagvermogen en rotatietraagheid bij hoge snelheden, wat resulteert in een toename van het benodigde vermogen. Vooral als het spiltoerental toeneemt, neemt het stroomverbruik toe. Maar niet alle energie wordt verbruikt bij het snijden. Een spil met 40 pk kan bijvoorbeeld slechts 15-20 pk aan kracht hebben die op de snijkop inwerkt, terwijl de rest wordt gebruikt om de spil te laten draaien. Bij een spil met hoog vermogen kan deze zoveel mogelijk kracht op het snijwerkstuk uitoefenen en de spil met de hoogste snelheid en met zeer weinig kracht aandrijven. Het vermogen dat op de spil wordt toegepast, kan worden berekend op basis van de maximale rotatiesnelheid van de spil onder onbelaste omstandigheden om het door de werktuigmachine verbruikte vermogen te bepalen. Als gevolg van het snijden met hoge snelheden genereren de klauwplaat en het gereedschap onder invloed van de snijkrachten radiale afwijkingen en niet-concentriciteit, wat resulteert in verhoogde extra krachten of ongebalanceerde centrifugaalkrachten.
2) Het gebruik van meerdere rijen lagers met een kleine diameter heeft geen invloed op de stijfheid van de spil, en het is ook behoorlijk gunstig voor de voorspanning van de spillagers. De voorbelasting op lagers heeft meestal betrekking op de druk die de spindel onder statische omstandigheden op de lagers uitoefent. Over het algemeen worden voorbelastingen gebruikt om de spilstijfheid te verbeteren en de snijcapaciteit te vergroten. Door de toename van de druk die op de lagers inwerkt, neemt de warmteontwikkeling echter toe, wat ook de slijtage van de lagers versnelt. Om de snijprestaties van het snijgereedschap te verbeteren en de levensduur ervan te verlengen, wordt vooraf een kleine druk uitgeoefend op de meerrijige lagers, wat de stijfheid van de spindel van de werktuigmachine kan vergroten en de bovengenoemde doelen kan bereiken.
Vanuit een langetermijnperspectief zal de marktvraag naar magnetische, pneumatische en hydrostatische lagers enorm toenemen. Bij het snijden op hoge snelheid worden momenteel echter de volgende twee typen het meest gebruikt: radiale druklagers en kogellagers. Onder standaard spilsnelheidsomstandigheden van werktuigmachines worden vaak een rij kogellagers en een rij radiale druklagers aan de voorkant van de spil geïnstalleerd, en worden twee rijen kogellagers aan de achterkant van de spil geïnstalleerd. Omdat het installeren van een rij kogellagers aan de voorkant van de spindel de stijfheid van de spindel aanzienlijk kan verbeteren en het draagvermogen ervan kan vergroten. Dit is van cruciaal belang voor zwaar zagen. Omdat kogellagers echter een groter contactoppervlak hebben en zwaarder zijn dan radiale druklagers, verbruiken ze meer stroom en genereren ze meer warmte, wat gemakkelijk kan leiden tot een grotere spindelgrootte en een lager energieverbruik. Snijden op hoge snelheid kan de radiale kracht verminderen die op de spil en het snijgereedschap inwerkt. Op deze manier zorgt het radiale druklager dat aan de voorkant van de spil is geïnstalleerd voor voldoende stijfheid en stabiliteit, waardoor uitzetting van de afmetingen als gevolg van verwarming van de spil van de werktuigmachine wordt vermeden.
Een redelijke keuze van lagermaterialen is net zo belangrijk als het type lager. Hoewel lagers van lagerstaal nog steeds veel worden toegepast, heeft de praktijk geleerd dat het gebruik van keramische lagers bij hogesnelheidssnijden veel voordelen zal opleveren. Hoewel lagers van lagerstaal goedkoop zijn, is hun gewicht veel zwaarder dan keramische lagers met dezelfde specificaties. Vanwege het hoge gewicht en de hoge warmteontwikkeling tijdens het snijden op hoge snelheid moet er een complex koel- en smeersysteem worden geïnstalleerd. Tegelijkertijd neemt, naarmate de spilsnelheid toeneemt, de centripetale kracht die op het lager inwerkt toe, waardoor de temperatuur van het lager stijgt, wat resulteert in een toename van de spilgrootte, waardoor de maatnauwkeurigheid van de bewerkte onderdelen wordt beïnvloed en het benodigde vermogen voor het lager toeneemt. de werktuigmachineas. Keramische lagers zullen, vanwege hun lichte gewicht, dit technische probleem effectief oplossen. Snijtests hebben aangetoond dat de snelheid waarmee keramische lagers de spindelgrootte vergroten slechts 1/40 is van die van stalen lagerlagers. De reden hiervoor is dat er slechts een kleine middelpuntzoekende kracht op het lager inwerkt tijdens snijden op hoge snelheid. Tegelijkertijd kan, om de stijfheid en het snijvermogen van de spindel van de werktuigmachine te verbeteren, ook een grote voorspanning op de keramische lagers worden uitgeoefend. Vanwege de bovenstaande kenmerken hebben keramische lagers een langere levensduur.
Dankzij de moderne spindeltechnologie voor werktuigmachines kunnen werktuigmachines eenvoudig de voorbelasting op de spillagers aanpassen op basis van het spiltoerental. Wanneer de spilsnelheid van de werktuigmachine toeneemt, neemt de belasting die op het lager inwerkt ook toe als gevolg van de toename van de middelpuntzoekende kracht. Integendeel, de belasting die op het lager inwerkt, neemt af. Daarom wordt de warmte op het lager verminderd en wordt de uitzetting van het lager verminderd. Uiteraard is het bij snijden met hoge snelheid ook toegestaan ​​om vooraf een zeer kleine belasting op het lager uit te oefenen, zodat de snijkracht die op het gereedschap inwerkt erg klein is, wat de vereiste voor de stijfheid van de werktuigmachine kan verminderen. Het is nog steeds nodig om vooraf een grotere belasting op de lagers uit te oefenen bij lage spilsnelheden, omdat het vergroten van de snijkracht van het gereedschap ook de kracht vergroot die op de spil inwerkt.
5. Spilmotor en transmissiesysteem
Momenteel zijn er twee verbindingsmethoden tussen de werktuigmachineas en de motor: de ene is via een riem of tandwiel; De tweede is directe transmissie, wat betekent dat de spilmotor rechtstreeks op de spil wordt aangesloten, of dat de spilmotor en de spil tegelijkertijd op een samengesteld apparaat worden geïnstalleerd, een zogenaamde samengestelde spil.
Het voordeel van riem- of tandwieloverbrenging is dat de spilmotor een hoog spiltoerental kan bereiken, zelfs bij langzaam draaien. Deze transmissiemethode is goedkoop vanwege het lage motortoerental en het lage ingangsvermogen, maar heeft de volgende nadelen: vanwege de complexe structuur is deze gevoelig voor storingen en lastig onderhoud. Tegelijkertijd zullen er ook trillingen optreden tussen de riem, het tandwiel en de spil. Naarmate de structuur verder wordt vereenvoudigd, wordt het aantal bewegende delen verder verminderd, waardoor de spil ook sneller kan accelereren en vertragen. Integendeel, een door een riem of tandwiel aangedreven spindel omvat een spil, een aszitting, een elektromotor, een katrol of tandwiel, enz. Elk onderdeel is samengesteld uit materialen met verschillende gewichten, die warmte genereren als gevolg van wrijving tijdens rotatie op hoge snelheid. . Vanwege het verschillende gewicht en de verschillende kracht van materialen is de warmte die op verschillende plaatsen wordt gegenereerd ook verschillend, wat resulteert in verschillende maten van uitzetting in verschillende delen van de spil. In ernstige gevallen kan dit vervorming van de spil veroorzaken, waardoor de grootte, geometrische vorm enz. wordt beïnvloed. De direct aangedreven spil daarentegen heeft een uniforme thermische vervorming en kan zelfs onder ultrahoge snelheidsomstandigheden worden gekoeld door koelvloeistof. door het binnenste gat van de spil. Daarom heeft het in principe geen invloed op de spilnauwkeurigheid en kan het de bewerkingskwaliteit stabieler garanderen.
6. Koeling en smering
Als er bij het verspanen geen koelmiddel wordt toegevoegd, zal de spil in omvang toenemen. Om de hoge nauwkeurigheid van de spindel van de werktuigmachine te garanderen, is het noodzakelijk om de spindel en lagers stabiel te regelen, zodat ze een vaste maat hebben. Momenteel kiezen gewone werktuigmachines voor externe koeling, interne koeling of gecombineerde interne en externe koelmethoden om de spil en lagers te koelen volgens de verschillende spilstructuren. Over het algemeen moet echter zoveel mogelijk gebruik worden gemaakt van externe koeling. Door afkoeling wordt de warmte die van de snijkop naar de spil wordt overgebracht, in de lucht afgevoerd.
Om de bezettingsgraad van werktuigmachines effectief te verbeteren en het energieverbruik te verminderen, wordt aanbevolen om nevelkoeling of sproeikoeling met oliespilkoelsystemen voor koeling te gebruiken. Vooral voor hogesnelheidsbewerkingsmachines wordt aanbevolen om het spilkoelsysteem te kiezen op basis van het maximale toerental dat door de machinespindel wordt bereikt en het materiaal dat voor de lagers is geselecteerd. Bepaal het geselecteerde koelsysteem op basis van de rotatiesnelheid van de werktuigmachineas en de buitendiameter van de lagers. Als beide typen lagers kiezen voor stalen lagerlagers, wordt aanbevolen om te kiezen voor een spuitoliekoelsysteem. Vergeleken met de twee vereist de laatste natuurlijk een grote hoeveelheid koel- en smeervloeistof, wat het energieverbruik van de werktuigmachine verhoogt.
7. CNC-systeem
Dankzij de moderne CNC-technologie kunnen werktuigmachines met een voedingssnelheid van 38,1 m/min verwerken. De belangrijkste reden is dat tijdens de bewerking hoge snijsnelheden kunnen worden geselecteerd. Tegelijkertijd moet de werktuigmachine worden uitgerust met servomotoren met hoge snelheid en hoge resolutie. Om een ​​hoge nauwkeurigheid te garanderen, zijn bovendien servomotoren met hoge resolutie nodig die signalen snel kunnen verwerken. Het is natuurlijk nutteloos om een ​​servomotor met hoge resolutie te hebben zonder de werksnelheid van de processor te verhogen. Omdat servomotoren met hoge resolutie meer gegevens te verwerken hebben dan hun voorgangers, hebben ze een hoge snelheid nodig voor tekstverwerking. Door de hoge snelheid van de woordgroepverwerking kunnen gegevens snel worden verwerkt en pulsen naar de servomotor worden gestuurd. Om deze reden is het over het algemeen nodig om twee 32-bitprocessors op de servomotor te configureren om aan de gebruiksvereisten te voldoen, en om de grote hoeveelheid gegevens die tijdens de verwerking worden verzameld snel te verwerken en de noodzaak om snel complexe berekeningen uit te voeren op complexe onderdeelvormen bij hogesnelheidsbewerking.
Bij het verwerken van grote en complex gevormde vliegtuigonderdelen en kunststof compressiematrijzen is het vanwege het onvoldoende geheugen van het algemene NC-systeem doorgaans nodig om deze eerst in de computer op te slaan en vervolgens in het NC-systeem in te voeren (ook bekend als het CNC-systeem). systeem). Voor onderdelen met korte programma's en minder complexe vormen kan een typisch NC-systeem uiteraard aan de gebruikseisen voldoen, omdat het een transmissiesnelheid heeft van 76.800 symbolen per seconde. Om de snelle invoercapaciteit en bewerkingsnauwkeurigheid van werktuigmachines te verbeteren, is het noodzakelijk om nieuwe computersoftware te ontwikkelen. Afhankelijk van de daadwerkelijke bewerkingsbehoeften is de ontwikkelde software vereist om een ​​hoge nauwkeurigheid te bereiken bij het bewerken van onderdelen, ongeacht de algemene voedingssnelheid of de omstandigheden bij hoge snelheid.
Om de bewerkingsnauwkeurigheid van onderdelen bij de geselecteerde voedingssnelheid te verbeteren, kan niet alleen het aantal gereedschapspassages op passende wijze worden verhoogd, maar kan ook de recent ontwikkelde software voor geometrische vormcompensatie een uitstekende bewerkingskwaliteit bij een hoge productie-efficiëntie garanderen. Software voor geometrische vormcompensatie verschilt van software voor hoge voedingssnelheden. Dit laatste wordt gebruikt om de voedingssnelheid van de werktuigmachine te verhogen of de verwerkingstijd te verkorten om de productie-efficiëntie te verbeteren, terwijl het eerste vooral wordt gebruikt om de nauwkeurigheid van bewerkte onderdelen te verbeteren. De belangrijkste functies zijn als volgt:
1) Interpoleer de versnelling of vertraging vooraf. Bij booginterpolatiebewerkingen is er vaak een aanzienlijk verschil tussen het samengestelde programma en de daadwerkelijke bewerking, voornamelijk als gevolg van het voor- of achterlopen veroorzaakt door de versnelling of vertraging van het langs de as bewegende gereedschap. Het kan fouten compenseren die worden veroorzaakt door de versnelling of vertraging die wordt gegenereerd door de beweging van het gereedschap.
2) Controleer de voorwaartse beweging vooraf. Naast het bewerkingssysteem kunnen sommige fouten in het servobesturingssysteem van werktuigmachines ook de nauwkeurigheid van bewerkte onderdelen verminderen. Het nieuw ontwikkelde voorwaartse voedingscontrolesysteem kan mogelijke foutwaarden berekenen op basis van bewerkingsprogramma's, snijsnelheden, voedingssnelheden, enz., en daadwerkelijke bewerkingsfouten compenseren voordat deze optreden.
3) Voer nauwkeurige vectorcompensatie uit. Wanneer de werktuigmachine bewerkingen op hoge snelheid uitvoert, is het noodzakelijk om prioriteit te geven aan het selecteren van een geschikte voedingssnelheid. Meestal verkregen door het aanpassen van de versterkingsfactor van het versterkingsapparaat in de servomotor. Wanneer de versterkingsfactor die aan de voorwaartse richting wordt gegeven, op een grote waarde wordt ingesteld, kan de volgsnelheid van de servobesturing voor fouten worden verbeterd. Uiteraard zal een toename van de volgsnelheid de stabiliteit van het servobesturingssysteem verminderen. Het gebrek aan stabiliteit in het servobesturingssysteem zal ervoor zorgen dat de oppervlakteruwheid van de bewerkte onderdelen verslechtert. Een nauwkeurig vectorcompensatiesysteem wordt gebruikt om grote bewerkingsprogramma's te kalibreren voor het selectief vergroten van de aantallen onderdelen. Het gecorrigeerde bewerkingsprogramma kan het servobesturingssysteem stabiliseren, vooral het stabiele servobesturingssysteem van het toevoersysteem kan de trillingen elimineren die ervoor zorgen dat de oppervlakteruwheid van de onderdelen verslechtert.
4) Kies de juiste vertraging voor hoekbewerking. Bij het toepassen van de bovengenoemde drie functies is het doorgaans vereist dat elke bewegingsas vertraagt ​​op de hoeken van de onderdelen om de impacttrilling te voorkomen die door het aandrijfsysteem wordt gegenereerd tijdens het snel draaien van het gereedschap. Het vereist vertraging tot een geschikte voedingssnelheid binnen een bepaalde tijd voor verwerking.
5) Voor hoogwaardige bewerkingscentra is het niet alleen nodig om hogesnelheidsspindels te ontwerpen, maar ook om hoogwaardige CNC-systemen, uiterst nauwkeurige lineaire geleidingen, precisiekogelomloopspindels, lagers te ontwerpen en de juiste koel- en smeermethoden te kiezen, en werktuigmachine/gereedschapsinterfaces. De bovengenoemde technologieën zijn gebruikt om veel hoogwaardige bewerkingscentra te produceren en hebben goede economische en sociale voordelen opgeleverd in de praktische productie.