Токарно-фрезерный обрабатывающий центр модели NT4200 DCG

Citation preview

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

621.941(07) М135

П.Г. Мазеин, А.А. Савельев

ТОКАРНО-ФРЕЗЕРНЫЙ ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ ЦЕНТР МОДЕЛИ NT4200 DCG Учебное пособие

Челябинск 2014

Министерство образование и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Кафедра «Технология машиностроения»

621.941(07) М135

П.Г. Мазеин, А.А. Савельев

ТОКАРНО-ФРЕЗЕРНЫЙ ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ ЦЕНТР МОДЕЛИ NT4200 DCG Учебное пособие

Челябинск Издательский центр ЮУрГУ 2014 1

УДК 621.92.07-529(075.8) М135

Одобрено учебно-методической комиссией механико-технологического факультета Рецензенты: В.И. Сурков, В.В. Ерофеев

Мазеин, П.Г. М135 Токарно-фрезерный обрабатывающий центр модели NT4200 DCG: учебное пособие / П.Г. Мазеин, А.А. Савельев. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. – 47 с. Учебное пособие предусмотрено для студентов очной и заочной форм обучения, обучающихся по направлениям 151900.65 «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств», 150900.62 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» по специальностям 151002.65 «Металлообрабатывающие станки и комплексы», 151003.65 «Инструментальные системы машиностроительных производств», 151001.65 «Технология машиностроения», в том числе, для бакалавриата 15.03.05 и магистратуры 15.04.05. В пособии рассмотрены основы программирования обрабатывающего центра модели NТ4200 DCG, для бакалавров Механико-технологического факультета 3, 4 курсов и студентов-заочников (инженерная подготовка) 5, 6-го курсов и курсу «Промышленные технологии и инновации» для бакалавров Международного факультета 4 курса. Пособие обеспечивает подготовку специалистов по станкам с ЧПУ и предназначено для изучения в вузах, колледжах и профессиональных училищах. УДК 621.92.07-529(075.8)

© Издательский центр ЮУрГУ, 2014 2

1. ТОКАРНО-ФРЕЗЕРНЫЕ ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ NT4200DCG И NT4250DCG Многоосевые токарно-фрезерные обрабатывающие центры серии NT (рис. 1) являются воплощением последних достижений компании MORI SEIKI в области проектирования и производства оборудования для металлообработки.

Рис. 1. Токарно-фрезерные обрабатывающие центры NT4200DCG и NT4250DCG Обрабатывающие центры соединяют в себе превосходную жесткость и точность станков серии NL, а также широчайшие технологические возможности полноценного фрезерного станка. Впервые примененная вертикальная станина позволяет обеспечить недоступные ранее величины ходов фрезерной головки (рис. 2) по осям X, Y, что существенно расширяет возможности фрезерной обработки на данных станках (табл. 1). В приводах реализована технология DCG® и компоновка подвижных элементов Box-in-Box, что обеспечивает жесткость конструкции, точность, скорость и чистоту обработки (рис. 3). Специально разработанная MORI SEIKI восьмиугольная конструкция направляющих для фрезерной головки исключает влияние термических деформаций на точность ее позиционирования. Револьверная головка аналогична отлично зарекомендовавшим себя головкам станков серии NL с технологией BMT™. Такая конструкция станка позволяет достичь принципиального расширения технологических возможностей станков серии NT по сравнению с другими станками этого класса и гарантирует рентабельность производства, благодаря высокой производительности, точности и надежности. 3

Рис. 2. Фрезерная головка 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКА Таблица 1 Технические характеристики станка

РАБОЧАЯ ЗОНА Макс. диаметр вращения заготовки Диаметр вращения над поперечным суппортом Расстояние между центрами Макс. диаметр точения

730 мм 730 мм 1245 Инструм. шп.: Capto C6 Ø 660 мм 1081 65 мм

Макс. длина точения Диаметр обрабатываемого прутка ПЕРЕМЕЩЕНИЯ Ось Х (инструментальный шпиндель / рев. го750 / 195 мм ловка) Ось Y (инструментальный шпиндель) ±210 мм Ось Z (инструментальный шпиндель) 1120 Поворот инструментального шпинделя ±120° по оси В Ось Z (револьверная головка ) 1010 ШПИНДЕЛЬ № 1/ № 2 Макс. скорость вращения шпинделя 5000 об/мин Мин. угол индексации шпинделя 0,0001° ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬ Мин. угол индексации по оси В 1°[0,0001°] Макс. скорость вращения шпинделя 12000 об/мин СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА Емкость инструментального магазина 20 [40, 100] МАССА СТАНКА Масса станка 17400кг 4

Рис. 3. Станина токарно-фрезерных обрабатывающих центров NT4200DCG и NT4250DCG Условные обозначения: C – без задней бабки; Z – нижняя револьверная головка; S – контршпиндель; CZ – без задней бабки + нижняя револьверная головка; SZ – контршпиндель + нижняя револьверная головка; MC – приводной инструмент+управляемая ось С; Т – револьверная головка; TY – револьверная головка +управляемая ось Y; 40 – конус № 40; Y – управляемая ось Y. Варианты исполнения станков серии: C – без задней бабки; S – с контршпинделем; Z – с револьверной головкой; CZ – без задней бабки с револьверной головкой; SZ – с контршпинделем и револьверной головкой. 3. КОНСТРУКЦИЯ СТАНКА (рис. 4–7) Высокие эксплуатационные качества станка достигаются специальными конструктивными решениями его несущей системы, приводов перемещений исполнительных механизмов и вспомогательных систем и узлов. Применение конструкции станка типа Box-in-Box (коробка в коробке) обеспечивает высокую жесткость и виброустойчивость несущей системы и приводов, минимизирует вибрации, позволяют максимизировать ускорения в начале холостых перемещений (разгона), являются главным фактором, обеспечивающим увеличение скоростей перемещений и уменьшение погрешностей. Применение конструкции типа DCG (Driven at the Center of Gravity – привод в центре тяжести), со сдвоенными приводами по осям Z и X, т. е. расположение приводов в центре приложения тяговых сил повышает точность перемещений. DCG обеспечивает малые вибрации при разгоне (рис. 5), в то время как при обычной конструкции вращательные вибрации, которые проявляются при каждом разгоне от стартовых точек и которые пропорциональны расстояниям между точками 5

перемещений и центром тяжести ухудшают точность обработанной поверхности, что не позволяет увеличить стартовые ускорения при позиционировании и улучшить качества поверхности, особенно это актуально при обработке криволинейных поверхностей, когда необходимо в угловых переходах иметь высокое ускорения без снижения скорости подачи. Конструкции типа DCG кроме того минимизирует вибрации при изменении направления перемещения, это значительно уменьшает погрешности круглости при отработке дуговых траекторий.

Рис. 4. Общий вид станка: 1 – передняя бабка; 2 – инструментальный шпиндель; 3 – шкаф электроавтоматики; 4 – пневматическое устройство; 5 – скользящие уплотнения; 6 – закрытая зона обработки; 7 – оборудования СОЖ и транспортер удаления стружки Дополнительные возможности и системы станка 1. Гидравлическая система для смазки и охлаждения шпинделя. 2. Пневмосистема обдува инструмента. 3. Система автоматического отключения станка. 4. Датчики обратной связи по всем осям. 5. Система полной защиты рабочей зоны. 6. Система автоматического закрывания дверей: передней, инструментального магазина, электрошкафа. 7. Датчики низкого давления в пневмосистеме и в гидросистеме. 8. Встроенная система освещения рабочей зоны. 9. Сигнальная 3-х цветная лампа (башня). 6

10. Система измерения детали – датчик Renishaw (устанавливается в шпиндель). 11. Система измерения инструмента – контактный датчик Renishaw. 12. Наличие пистолета подвода СОЖ. 13. Опции ЧПУ: круговая интерполяция, коническая и спиральная интерполяция, интерполяции сглаживания, NURBS (сплайновая) интерполяция, программирование в зеркальном отображении, управление стойкостью инструмента, визуализация отработки управляющих программ.

Рис. 5. Конструкции станка типа DCG (Driven at the Center of Gravity – привод в центре тяжести)

Рис. 6. Конструкции станка типа DCG (Driven at the Center of Gravity – привод в центре тяжести) 7

Рис. 7. Конструкции станка типа DCG (Driven at the Center of Gravity – привод в центре тяжести) Применение конструкции типа ORC (Octagonal Ram Construction – восьмигранная форма ползуна) и наличие четырех направляющих, расположенных напротив друг друга (по диагоналям восьмигранника) снижает погрешности из-за демпфирования упругих деформаций и обеспечивает термосимметричность конструкции из-за расположения шпинделя на оси симметрии, т. к. тепловые деформации в силу симметрии, не нарушают положение оси шпинделя. Реализация привода главного движения и приводов поворота оси B на базе встроенных электродвигателей типа DDM (Direct Drive Motor – прямой привод) (рис. 8, 9) обеспечивает высокую крутильную жесткость приводов. Выполнение передач движения на оси Z, X, Y непосредственно от двигателей, без применения промежуточных зубчатых передач, устраняет люфты по сравнению с традиционной зубчатой (например, червячной) передачей и, в совокупности с применением для преобразования вращательного движения двигателей в поступательное перемещения осей, шариковых винтовых передач (ШВП), обеспечивает повышение крутильной жесткости приводов, уменьшает погрешности при отработке управляющих программ и улучшает динамические характеристики станка за счет высокой точности вращения осей и, тем самым, повышает точность и уменьшает шероховатость обработки.

8

а)

б)

в)

г)

Рис. 8. Влияние DCG на погрешности обработки: а – график «скорость подачи – амплитуда вибраций»; б – вид обработанных деталей; г – круглограммы; Machining by DCG Advaced Technology – обработка по передовой технологии DCG, Machining by a Convetional Machine – обработка на традиционном станке

Рис. 9. DDM (Direct Drive Motor) – встроенный двигатель стола (вместо червячной передачи – прямой привод вращения оси С)

9

4. БЕЗОПАСНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКА Безопасная эксплуатация станка подробно рассмотрена в [1]. ПЕРЕД НАЧАЛОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАНКА, ОБЯЗАТЕЛЬНО ПРОЧИТАЙТЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ!! Имеется три разных вида предупреждений по безопасности: ОПАСНОСТЬ! ВНИМАНИЕ! ОСТОРОЖНО! ОПАСНОСТЬ! Этот символ указывает на непосредственную опасную ситуацию, которая, при отсутствии необходимых мер по ее предотвращению, приведет к несчастным случаям со смертельным исходом или тяжелым травмам. Приведенные рядом с символом Опасность указания должны обязательно соблюдаться. ВНИМАНИЕ! Этот символ указывает на возможную опасную ситуацию, которая, при отсутствии необходимых мер по ее предотвращению, может привести к несчастным случаям со смертельным исходом или тяжелым ранениям. Приведенные рядом с символом Внимание указания должны обязательно соблюдаться. ОСТОРОЖНО! Этот символ указывает на возможную опасную ситуацию, которая, при отсутствии мер для ее предотвращения, может привести к легким или средней тяжести травмам, или к повреждению станка. Приведенные рядом с символом Осторожно указания должны обязательно соблюдаться. Предупреждающие таблички маркируются индикациями DANGER (опасность), WARNING (предупреждение), или CAUTION (осторожно), в зависимости от степени опасности. DANGER (опасность): несоблюдение указаний приведет к тяжелым травмам или смерти. WARNING (предупреждение): несоблюдение указаний может привести к тяжелым травмам или смерти. CAUTION (осторожно): несоблюдение указаний приведет к легким травмам или повреждению станка. Несоблюдение предупреждений или предостережений может привести к тяжелым травмам операторов станка или персонала, находящегося в окружении станка, а также к повреждению станка. Соблюдайте указания при установке, эксплуатации и техническом обслуживании станка. Таблички могут быть наклеены в различных местах, в зависимости от технических характеристик и модели станка. 1. Внимательно ПРОЧИТАЙТЕ РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ, перед тем как приступить к эксплуатации или установке станка. 10

2. СТРОГО СОБЛЮДАЙТЕ все инструкции, написанные на предупреждающих табличках. 3. НИКОГДА НЕ ВЫПОЛНЯЙТЕ ОПЕРАЦИЙ НА СТАНКЕ без защитного щитка, использования блокировочных или других защитных устройств. 4. НИКОГДА НЕ ПЫТАЙТЕСЬ ИЗМЕНИТЬ установки параметров ЧПУ без предварительной консультации с фирмой-производителем станка. 5. Пуск и движения станка выполняются автоматически. НИКОГДА НЕ ПРИКАСАЙТЕСЬ И НЕ СТОЙТЕ около вращающихся или подвижных частей. 6. ВСЕГДА ОТКЛЮЧАЙТЕ станок от источника электрического питания перед осмотром, ремонтом, или выполнением технического обслуживания станка. 7. НИКОГДА ПОВТОРНО НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ окошки и другие щитки после замены. Выполняйте замену сразу по необходимости с применением рекомендованных материалов. НЕСОБЛЮДЕНИЕ ВЫШЕУКАЗАННЫХ ИНСТРУКЦИЙ МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К ТЯЖЕЛЫМ ТРАВМАМ ИЛИ ПОВРЕЖДЕНИЮ СТАНКА. Нельзя пользоваться вблизи станка сотовыми телефонами и другими устройствами генерирующими электромагнитные волны, возможно неожиданный запуск станка. Встроенные защитные функции 1. Не приступайте к работе на станке, если сняты некоторые щитки или отключены блокировочные функции и другие защитные устройства. Все станки имеют полный комплект защитных устройств, для защиты операторов и станка от потенциальных опасностей, но следует помнить, что такие защитные функции будут работать только в том случае, если они правильно установлены – щитки смогут защитить оператора от потенциальной опасности, только если они установлены в правильной позиции, а блокировочные функции обеспечивают защиту только тогда, когда они правильно настроены. Поэтому, не приступайте к эксплуатации станка без правильной настройки защитных функций. 2. Включите блокировочную функцию двери. После установки переключателя блокировочной функции двери в позицию ON, вынуть ключ из переключателя и хранить его в надежном месте. 3. При возникновении сбойного сигнала по перебегу, выполнить сброс блокировки оси. При этом убедитесь, что вы выполняете координатное перемещение в правильном направлении. Блокировочные функции, обеспечивающие безопасность оператора Данный станок оснащен блокировочными функциями (табл. 2), обеспечивающими безопасность оператора станка. Перед пуском станка, убедитесь, что эти функции активированы. 11

Таблица 2 Блокировочные функции Блокировочные функции Блокировочная функция двери блокирует ручные операции, например вращение шпинделя и пуск цикла в автоматическом режиме, пока передняя дверь или боковая дверь открыты. Блокировочная функция двери защищает оператора от операционных ошибок, таких как прикосновение к шпинделю, во время вращения шпинделя или детали, и возможных опасностей, таких как попадание в механизм стола, когда оператор выполняет операции внутри станка

электроавтоматики, электрическое питание не может быть включено, пока открыта дверь шкафа электроавтоматики. Блокировочная функция двери шкафа электроавтоматики защищает оператора от электрического удара при прикосновении к компонентам, находящимся под напряжением, внутри шкафа электроавтоматики, в том случае, если электрическое питание включено при открытой двери шкафа электроавтоматики Блокировочная функция двери магази мандой T или ручной операцией, пока открыта дверь магазина. Блокировочная функция двери магазина защищает оператора от попадания в механизм вращающегося магазина при открытой двери магазина

12

5. ПРИВОД ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ Привод главного движения станка осуществляется напрямую от встроенного в шпиндельный узел трехфазного асинхронного серводвигателя переменного тока c частотным регулированием, обеспечивающим бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя в широком диапазоне. Мощность главного двигателя не менее 18,5 / 15 кВт (табл. 3). Асинхронный серводвигатель переменного тока серии αi фирмы FANUC, управляется сервоусилителем. Серия αi – это высокоскоростные, высокоточные серводвигатели большой мощности с системой управления, обеспечивающей нанометрический уровень точности. Такая точность достигается за счет векторной системы управления HRV. Для этой системы применяются сверхвысокоскоростные импульсные датчики с низким временем отклика. В сочетании с новейшими технологиями цифрового управления шпинделя, это повышает быстродействие привода и обеспечивает высокую точность поддержания заданной управляющей программой частоты вращения шпинделя. Таблица 3 Параметры двигателя BiI 112L/15000 RATING kW min–1 A(~) max (режим) (кВт) (об/мин) (А) S1 CONT 15 1500–3500 88 (продолжительный режим) S2 15min 18,5 1680–3000 95 (кратковременный 17 3000–3500 режим) Y S1 CONT 15 6000–15 000 82 HIGH (продолжительный (максимальная режим) нагрузка) S2 30min 18,5 6000–15 000 94 (кратковременный режим) POWER FAKTOR (коэффициент мощности) 74 % MOTOR INPUT (~) (напряжение на входе 4 POLES (4 полюса) двигателя) 148–220 V AMP. INPUT (~) (напряжение на входе преобразователя) 3 PHASES 200-230 V (3 фазы) WINDING CONNECT Y LOW (минимальная нагрузка)

Исходной информацией для построения системы векторного управления является информация о мгновенных значениях и пространственном положении вектора потокосцепления в воздушном зазоре, мгновенных значений тока или напряжения статора и скорости ротора двигателя. 13

Двигатель и шпиндель находятся в одном корпусе, т. е. двигатель встроен в шпиндельный узел, поэтому имеем прямую передачу вращения от двигателя на шпиндель. Таким образом, частота вращения шпинделя точно соответствует частоте вращения двигателя, причем в шпиндельном узле установлен сенсорный датчик, который отслеживает частоту вращения шпинделя (рис. 10), на рис. 11 представлена структурная схема привода главного движения.

Рис. 10. Схема контроля частоты вращения шпинделя

Рис. 11. Структурная схема электропривода шпинделя Как видно из рис. 11, команда на разгон поступает с устройства ЧПУ на блок точного управления ускорением и замедлением. Далее сигнал поступает на блок «Контроля позиции», на который также поступает сигнал отрицательной обратной связи (ООС) с блока «Управление скоростью» (УС), который, в свою очередь, приходит с датчика частоты вращения шпинделя. Получившаяся ошибка поступает на блок «Антирезонансного фильтра», который следит за степенью изменения скорости двигателя. На этот же блок поступает с блока УС сигнал ООС по скорости, который в свою очередь приходит с датчика двигателя. Дальше сигнал поступает на блок «Контроля тока», потом сигнал поступает на двигатель, и в результате получаем заданную с пульта или от кадра управляющей программы скорость главного движения.

14

Вся схема питается от трехфазной сети напряжением 380 вольт. Преобразователь напряжения (UNIT1) запитывается через автомат QF1 и контактор КМ0 (рис. 12). В цепи питания стоят дроссели Z101, сглаживающие форму тока, убирая пульсации. UNIT1 преобразовывает переменное напряжение 380 В в постоянное 220 В, которым запитывается преобразователь частоты (сервоусилитель) UNIT2. UNIT2 преобразует это напряжение в регулируемое и подает его на двигатель шпинделя. На этот преобразователь приходит сигнал от датчика положения (BULIT-IN SENSOR). Принципиальная схема электропривода шпинделя представлена на рис. 13–15. В виду отсутствия необходимости частого реверсирования привода в схеме для реверса шпинделя используются контакторы КМ1 и КМ101.

Рис. 12. Диаграмма частот вращения шпинделя: Torque (N*m) – момент (Н*м); Output (kW) – мощность (кВт); Winding switching point – точка переключения диапазона частот вращения шпинделя На рис. 12 показана диаграмма мощностей и крутящих моментов в зависимости от частоты вращения шпинделя. В диапазоне малых частот вращения (100–1 680 мин–1 или 100–1500 мин–1) обеспечивается работа с постоянным крутящим моментом Т = 105 Нм непрерывно в течение 15 мин или с постоянным крутящим моментом Т = 95 Нм непрерывно. В диапазоне больших частот вращения (1680–12 000 мин–1 или 1500–12 000 мин–1) обеспечивается работа с постоянной мощностью N = 18,5 кВт в течение 30 мин или постоянной мощностью N = 15 кВт непрерывно.

15

Такая диаграмма частот вращения соответствует технологическим потребностям, т. к. на технологических переходах, выполняемых в диапазоне сравнительно низких частот вращения, например, развертывании отверстий или нарезании резьбы, не требуется использование полной мощности привода, а для технологических переходов, выполняемых при высоких частотах вращения, наоборот, чаще всего не требуются значительные крутящие моменты. Особенностью диаграммы, обеспечиваемой системой управления, является наличие участка регулирования частоты вращения шпинделя с поддержанием постоянного крутящего в диапазоне частот 3500…6000 мин–1, что расширяет технологические возможности привода.

Рис. 13. Шпиндельный узел Другой особенностью привода является обеспечение быстрого разгона шпинделя благодаря обмоткам оптимальной конструкции и быстродействию системы векторного управления HRV. Такой быстрый разгон может осуществляться только при эффективной охлаждающей системе, выполняющей подачу охлаждения непосредственно через шпиндель (ротор электродвигателя) (рис. 13). После включения питания рекомендуется выполнить прогрев шпинделя, запустив его вращение вхолостую. Время прогрева дается в инструкции по обслуживанию станка. Прогрев обеспечивает установление рабочих зазоров и натягов в соединениях, что обеспечивает точность вращения шпинделя и нормальную работу его подшипников. На верхнем конце шпиндельного узла установлен встроенный сенсор для фиксации положения зажат/разжат инструмент.

16

6. ПРИВОДЫ ПОДАЧ ОСЕЙ Z, X, Y Приводы осей Z, X, Y аналогичны: асинхронный трехфазный электродвигатель (сервомотор) фирмы Fanuc с бесступенчатым частотным регулированием серии αiF12/3000 (модель А06B–0247–B100 для оси Y, два двигателя мощностью 4 кВт), серии 22iF/3000 (модель А06B–0247–B100 для оси X, мощностью 4 кВт) и серии αiF22/3000 (модель А06B–0243–B100 для оси Z, два двигателя мощностью 3 кВт), соединительная муфта и шарико-винтовая пара качения (ШВП) (рис.14), преобразующая вращательное движение в поступательное. Перемещение узлов приводов осей Z X Y осуществляется по направляющим качения, что обеспечивает уменьшение затрат мощности на преодоления сил трения и плавность перемещений узлов.

Рис. 14. Привод подач Технические данные двигателей оси Y представлены в табл. 4 . Таблица 4 Технические данные двигателей оси Y Параметры Мощность Скорость Частота Напряжение Ток Тип соединения обмоток Класс изоляции

Значение 3 кВт 3000 об/мин 200 Гц 141 В 11 А Звезда F

Технические данные двигателей оси Х представлены в табл. 5.

17

Таблица 5 Технические данные двигателей оси X Параметры Мощность Скорость Частота Напряжение Ток Тип соединения обмоток Класс изоляции

Значение 4 кВт 3000 об/мин 200 Гц 230 В 14 А Звезда F

Технические данные двигателей оси Z представлены в табл. 6. Таблица 6 Технические данные двигателей оси Z Параметры Мощность Скорость Частота Напряжение Ток Тип соединения обмоток Класс изоляции

Значение 3 кВт 3000 об/мин 200 Гц 141 В 14 А Звезда F

Вибрация, вызванная движением компонентов станка, негативно сказывается на чистоте обработанной поверхности и точности. Приводы осей Z и X для уменьшения вибрации и недопущения перекосов узлов подач сдвоены. Алгоритм синхронизации двигателей осей Z и X включает систему компенсации движения, представленную на рис. 15. Двигатель оси Y оснащен своим преобразователем и каждая пара двигателей осей Z и X оснащена своим преобразователем частоты фирмы Fanuc. Каждый преобразователь связан с контроллером, и контроль синхронизации осуществляется через них, положение узла отслеживается с помощью датчиков, обрабатывается контроллером и уже на преобразователь поступает сигнал коррекции скорости. На графиках (рис. 15) видно, что при отключение функции синхронизации при перемещении опоры узла с позиции А в позицию В наблюдается перекос, а при включенной функции синхронизации контроллер отслеживает положение опоры и дает сигнал на преобразователь, который уже изменяет скорость одного из двух приводов. Нулевой перекос обеспечивается размещением геометрических осей над точкой приложения нагрузки за счет использования дугоообразной конструкции колонн, между которыми заключен шпиндель и стол станка. 18

Стол постоянно расположен над станиной станка, что повышает точность обработки контура детали в плоскости XY. Контроль остаточных вибраций инструмента осуществляется путем перемещения компонентов станка по центру тяжести, используя две шариковинтовые пары на одну ось – это значительно улучшает качество обработанной поверхности и точность, уменьшает время обработки, продляет срок службы инструмента путем значительного улучшения динамических характеристик при разгоне и торможении. Для охлаждения приводов применяется система Ball Screw Core Cooling (охлаждение внутренней полости шарикового винта) (рис. 16). Cистема охлаждения отверстия шарикового винта распространяет охлаждающую жидкость через опоры подшипника, поддерживая механическую обработку высокой точности.

а)

б)

в)

г)

Рис. 15. Система автоматической компенсации движения: а, б – схемы сдвоенных приводов; в, г – графики изменения скоростей (m/min, м/мин) перемещений между позициями А и В; а, в – без компенсации отклонений скоростей перемещений двух приводов; б, г – с компенсацией отклонений скоростей перемещений двух приводов; Master axsis – опорная (эталонная ось); Scale position – шкала позиции; Slave – синхронизируемая ось; Actual federate – текущее состояние скоростей перемещений

19

Конструкция приводов подачи представлена на рис.14–17. Вращение от двигателя через соединительную муфту передается на шариковую винтовую пару качения (ШВП), где вращательное движение преобразуется в поступательное. Обратная связь по положению осуществляется высокоточными энкодерами, непосредственно находящимися в приводах (на электродвигателях, соосно) и отслеживающими абсолютные перемещения узлов подач. Каждый привод оснащен концевыми выключателями. Обратная связь для высокоточных приводов с дискретностью 0,0001 мм осуществляется оптическими линейными датчиками, отслеживающими абсолютные перемещения узлов подач (рис. 19).

Рис. 16. Система охлаждения винта ШВП

Рис. 17. Присоединение трубопровода с охлаждающей жидкостью к фланцу привода В табл. 7–9 указаны элементы приводов. Вся схема питается от трехфазной сети напряжением 380 Вольт. Питание на все узлы шкафа управления подается при помощи автомата QF1. UNIT3. 20

21 21

Рис. 15. Привод оси X

22 22

Рис. 16. Привод оси Y

23 23

Рис. 17. Привод оси Z

Таблица 7 Элементы приводов Номер позиции на рис. 15 1, 15, 25, 39, 43 2 3 4 5 6 7 8 9 10, 14, 16, 21, 40, 44

11 12 13, 19, 41 17 18, 23, 24, 28, 30 20,35 22 26, 34 27, 36 29, 33, 37, 42 31 32, 38

Наименование

Parts name

Фланец Flange Шариковинтовая гайка Ball nut Стальные шарики Steel ball Пылезащитное Dust seal уплотнение Винт шариковинтовой Ball screw передачи (ШВП) Винт с цилиндрической Pan head screw закругленной головкой Прижимная планка Clamping plate Патрубок для шариков Ball screw tube ШВП Корпус Block Винт с цилиндрической Hexagon socket head cap головкой и внутренним bolt шестигранником под ключ Муфта Coupling Стопорное кольцо External snap ring Сальник Oil seal Конический штифт Taper pin Кольцо O ring Амортизатор для винта ШВП Заглушка Plug Обойма игольчатого Shell type needle roller подшипника bearing Гайка KMT nut Втулка Collar Радиально-упорные Angular contact ball bearing шариковые подшипники Корпус Housing

24

Таблица 8 Элементы приводов Номер позиции на рис. 16 1, 7 2, 8, 14, 25, 35, 42, 44, 46

3 4 5 6 9, 47–49 10 11 12 13 15 16 17, 19, 21, 23, 27 18 20 22, 38 24, 34, 41, 43 26, 40 28, 36 29, 33 30, 32, 39, 45 31 37

Наименование

Parts name

Амортизатор для винта ШВП Винт с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником под ключ Пылезащитное уплотнение винта ШВП Шариковинтовая гайка Стальные шарики Винт шариковинтовой передачи (ШВП) Прокладка Прижимная планка Винт с цилиндрической закругленной головкой Патрубок для шариков ШВП Корпус Конический штифт Соединительный узел Кольцо Плунжер Муфта Гайка Фланец Механизм подачи Обойма игольчатого подшипника Сальник Втулка Радиально-упорные шариковые подшипники Стопорное кольцо

Cushion for ball nut

25

Hexagon socket head cap bolt Ball screw dust seal Ball nut Steel ball Ball screw Shim Clamping plate Pan head screw Ball screw tube Block Taper pin Block joint O ring Plug Coupling KMT nut Flange Feed box Shell type needle roller bearing Oil seal Collar Angular contact ball bearing External snap ring

Таблица 9 Элементы приводов Номер позиции на рис. 17 1, 18, 19, 40, 42 2, 34 3, 9, 20, 23, 38, 41, 43 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14, 17, 28, 30 15 16 21, 25, 36, 39 22, 37 24 26, 32 27, 33 29 31, 35

Наименование

Parts name

Фланец Амортизатор для винта ШВП Винт с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником под ключ Шариковинтовая гайка Стальные шарики Пылезащитное уплотнение винта ШВП Винт шариковинтовой передачи (ШВП)

Flange Cushion for ball nut

Прижимная планка Патрубок для шариков ШВП Винт с цилиндрической закругленной головкой Муфта Кольцо Плунжер Стопорное кольцо Втулка Корпус Конический штифт Сальник Обойма игольчатого подшипника Радиально-упорные шариковые подшипники Гайка

26

Hexagon socket head cap bolt Ball nut Steel ball Ball screw dust seal Ball screw Block Clamping plate Ball screw tube Pan head screw Coupling O ring Plug External snap ring Collar Housing Taper pin Oil seal Shell type needle roller bearing Angular contact ball bearing KMT nut

Рис. 18. Привод подачи: Ball screw – ШВП; Ball screw support bearing – опоры подшипников; Servo motors – серводвигатель

Рис. 19. Исполнение высокоточного привода с дискретностью 0,0001 мм (0, 1 µm – 0,1 мкм) с оптическим линейным датчиком: Least input increment – минимальная величина дискреты 7. ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА СТАНКА В разделах указывались элементы электроавтоматики, обеспечивающие работу приводов главного движения и движений подач. В том числе и столов станка. Электроавтоматика также используется в системах охлаждения, гидравлики, вентиляции и смены инструмента.

27

Системы охлаждения и гидравлики запитываются от трехфазного переменного напряжения при помощи автоматов и контакторов. Автомат и контактор стоят в цепи последовательно. После контактора в трехфазную цепь включается RC-цепочки, в виде треугольника. Они служат для защиты от высокочастотных помех в сети. Автомат имеет токовую защиту, а при помощи контактора напряжение подается на насосы в нужные моменты времени. Схема данной системы показана на рис. 20–22.

Рис. 20. Схема питающей сети напряжением 380В

28

Рис. 21. Схема включения охладительных насосов

29

Рис. 22. Схема включения конвейера и гидравлического насоса Системы вентиляции питаются также от трехфазной сети, но в отличие от системы охлаждения они включаются сразу же при подаче напряжения на станок. Схема данной системы показана на рис. 23–25. Система управления механизмом смены инструмента более тяжелая по сравнению с предыдущими, поэтому её мы рассмотрим более подробно.

30

Рис. 23. Схема питающей сети напряжением 380В

31

Рис. 24. Схема преобразования

32

Рис. 25. Схема подключения вентиляторов 8. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СМЕНА ИНСТРУМЕНТОВ Рассмотрим кинематическую схему механизма смены инструмента, которая представлена на рис. 26, а на рис. 27 представлен чертеж главной руки.

33

Рис. 26. Кинематическая схема механизма смены инструмента Для смены инструмента используются два двигателя. Первый двигатель – это серводвигатель. Он отвечает за перемещение барабана с инструментами. Этот двигатель управляется от сервоусилителя, так как необходима высокая точность остановки заданного инструмента в точке смены. Второй двигатель – это двигатель переменного тока, который управляется от преобразователя частоты. Он служит для управления рукой, которая осуществляет смену инструмента. Команды для смены инструмента и пример программы, представлены ниже: М06 – смена инструмента. 9. ГИДРОСИСТЕМА Модуль СОЖ В инструкции по эксплуатации имеются требования к СОЖ. Система циркуляции СОЖ может быть выполнена по одному из 4–х вариантов: – для фрезерной обработки без подачи СОЖ разбрызгиванием; – для фрезерной обработки с подачей СОЖ разбрызгиванием; – для токарной обработки без подачи СОЖ разбрызгиванием; – для токарной обработки с подачей СОЖ разбрызгиванием. Выполняется регулировка скорости подачи СОЖ. В систему подачи СОЖ входят 6 насосов: – насос СОЖ для шпинделя; – насос модуля охлаждения СОЖ; – насос подачи СОЖ для смыва стружки; – насос подачи СОЖ через шпиндель; – насос высокого давления подачи СОЖ через шпиндель; – насос для обратного омывания барабанного фильтра. 34

35 35

Рис. 27. Главная рука

Таблица 10 Обозначения на рисунках руки Номер позиции на рис. 27 1 2, 6, 11, 12, 23, 29

3, 9 4 5 7 8, 19 10, 22, 27 13, 24 14 15 16, 21 17 18 20 25 26 28

30 31 32

Наименование на русском языке Автооператор Винт с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником под ключ Кольцо Крышка Валик Винт с шестигранной головкой Фланец Замок Втулка Штырь Конический палец Крышка Пружина сжатия Дистанционное кольцо Крышка Автооператор Стяжное винтовое устройство с внутренним шестигранником под ключ Кабельный разъем Пластиковая гайка Криволинейная втулка

Наименование на английском языке Arm Hexagon socket head cap bolt O ring Cover Roller Hexagon head bolt Flange Block Key Bushing Pin Taper pin Lid Compression spring Span ring ATC cover Automatic tool changer Hexagon socket truss head machine screw Cable gland Nylon nut Cam shaft

Контур циркуляции СОЖ для шпинделя включает трехходовой распределитель и обеспечивает, кроме того, охлаждение опор кабелей осей X, Y, Z и подачу СОЖ к распылителям. После модуля охлаждения СОЖ подается в бак. Контур подачи СОЖ через центр шпинделя содержит фильтр и обеспечивает также охлаждение опор кабелей осей X, Y, Z.

36

Рис. 28. Модуль СОЖ Модуль смазки Включает насосную установку, бак, двухпозиционные трехходовые распределители с электромагнитным управлением, реле давления, срабатывающее при падении давления ниже 0,8 МПа, смесительный клапан, для образования воздушно-масляного тумана для смазки шпинделя. Имеется отдельная насосная установка и бак для смазки шариковых винтов, гаек, опор кабелей осей, направляющих по оси X, Y, Z, смазка оси В, модуль образования масляного тумана, клапаны ветвления.

37

Рис. 29. Модуль смазки 10. ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОВ

Рис. 30. Панель управления станком 38

Панель управления станком: 1 – кнопка разблокировки двери; 2 – кнопка аварийного выключения станка; 3 – кнопки функций ЧПУ; 4 – кнопки СОЖ; 5 – 2 кнопки задней бабки/шпинделя; 6 – кнопка выбора режима работы станка; 7 – кнопка освещения станка; 8 – кнопка автоматического выключения станка; 9 – кнопка транспортера стружки; 10 – кнопки продува сжатым воздухом; 11 – кнопка револьверного суппорта; 12 – ключ выбора режима работы; 13 – кнопка шпинделя/фрезерования; 14 – кнопки автоматической работы; 15 – кнопка один кадр; 16 – переключатель ручной коррекции скорости подачи; 17 – переключатель ручной коррекции скорости быстрого перемещения; 18 – переключатель выбора величины подачи по оси; 19 – ручной генератор импульсов; 20 – переключатель выбора оси; 21 – кнопка подачи по осям; 22 – кнопка ускоренного перемещения; 23 – кнопка возврата в ноль по всем осям; 24 – индикаторы состояния; 25 – кнопка установки частоты вращения шпинделями; 26 – измеритель ручной коррекции шпинделя; 27 – кнопки выбора оси.

39

Рис. 31. Экран ЧПУ и кнопки ввода 1 – клавиша (RESET); 2 – клавиша (HELP); 3 – клавиша (CALC); 4 – клавиша (SHIFT); 5 – клавиша (CAN); 6 – клавиша (INPUT); 7 – клавиши курсора; 8 – интерфейс памяти USB; 9 – интерфейс карты памяти; 10 – функциональные клавиши; 11 – клавиши ввода данных; 12 – клавиши редактирования программы; 13 – клавиши выбора функций; 14 – устройство перемещения указателя; 15 – клавиши выбора страницы; 16 – левый щелчок; 17 – правый щелчок. 40

11. СИСТЕМА КООРДИНАТ СТАНКА

Рис. 32. Система координат токарно-фрезерного обрабатывающего центра При написании программы цифровые значения, которые используются для указания положения по оси, и знак плюс/минус, который используется для определения направления перемещения, изменяются в зависимости от положения, принятого в качестве исходного при программировании. 12. НАПРАВЛЯЮЩИЕ Направляющие – часть конструкции станка, которые служат для обеспечения линейного перемещения по каждой из управляемых осей (рис. 33). Есть три основных типа направляющих. 1. Направляющие коробчатого типа, или «жесткие» направляющие. Направляющая имеет форму коробки, в которой скользит ползун. Между ними находится тонкий слой масла, чтобы скольжение осуществлялось с меньшим трением.

41

Рис. 33. Конструкция линейной направляющей 2. Направляющие с салазками. Используются они в основном на новых обрабатывающих центрах, предназначенных для ВСО. В таких направляющих подшипник катится по салазкам. Салазки – это профильные пазы, позволяющие подшипнику катиться только с одной степенью свободы. 3. Направляющие на воздушной подушке, использующиеся в специфических станках. В основном на станках устанавливаются линейные направляющие шарикоподшипникового типа. Шарики перемещаются вдоль дорожек качения специального профиля на профильном рельсе и в каретке HSR. Рециркуляция шариков обеспечена профилем на торцевых пластинах каретки. Стопорные пластины предохраняют шарики от выпадения при снятии с рельса. Ряды шариков располагаются под углом 45°, что позволяет каретке нести одинаковую нагрузку во всех четырех направлениях: радиальном, обратном радиальном и двух поперечных направлениях, поэтому данные направляющие можно использовать при любом направлении приложенной нагрузки. Хорошо сбалансированный предварительный натяг повышает жесткость во всех четырех направлениях, сохраняя низкий коэффициент трения. Дополнительным преимуществами является низкопрофильная конструкция линейной направляющей и высокая жесткость каретки [3]. 13. ОПЕРАЦИИ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ НА ОБРАБАТЫВАЮЩЕМ ЦЕНТРЕ МОДЕЛИ NT4200 DCG На рис. 34–37 изображены все возможные операции, производимые на 5-ти координатном станке NT4200 DCG с поворотным шпинделем и вращающимися 3-х кулачковыми патронами.

42

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рис. 34. Возможности 5-ти координатных станков с ЧПУ: а – точение; б – сверление концентричных отверстий; в – растачивание; г – нарезание внутренней резьбы резцом; д – фрезерование торцовой фрезой; е – сверление цилиндрической поверхности

43

а)

б)

б)

в)

г)

д)

Рис. 35. Возможности 5-ти координатных станков с ЧПУ: а – продольное фрезерование цилиндрической поверхности концевыми фрезами; б – сверление отверстий, расположенных под различными углами к оси детали; в – точение; г – подрезка торца; д – сверление отверстий, расположенных под различными углами к оси детали; е – нарезание резьбы в концентрических отверстиях метчиком 44

а)

б)

Рис. 36. Возможности 5-ти координатных станков с ЧПУ с контршпинделем: а – точение деталей с поджимом задним центром; б – фрезерование шлицов

а)

б)

Рис. 37. Возможности 5-ти координатных станков с ЧПУ с контршпинделем: а – фрезерование лысок торцовой фрезой; б – сверление отверстий в детали, поддерживаемой люнетом

45

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Руководство по программированию. – Mori Seiki, The Machine tool company, 2008. – 382 c. 2. Руководство по программированию в диалоговом режиме MAPPS. – Mori Seiki, The Machine tool company, 2007. – 350 с. 3. Мазеин, П.Г. Наладка и программирование станков с устройством ЧПУ Fanuc: учебное пособие / П.Г. Мазеин, А.А. Савельев. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. – 121 c. 4. Система ЧПУ GE Fanuc Automation Europe: руководство по эксплуатации: в 2-х т., 2005. – 1230 с. 5. Мазеин, П.Г. Кинематика и компоновка станка модели NMV 5000 DCG: учебное пособие / П.Г. Мазеин, А.А. Савельев. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. – 65 c. 6. Особенности электроприводов и электроавтоматики пятиосевого вертикального фрезерного обрабатывающего центра модели NMV 5000 DCG: учебное пособие / П.Г. Мазеин, А.М. Борисов, Д.С. Епифанцев, Е.И. Богатырев. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. – 90 с.

46

ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Токарно-фрезерные обрабатывающие центры NT4200DCG и NT4250DCG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Технические характеристики станка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Конструкция станка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Безопасная эксплуатация станка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Привод главного движения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Приводы подач осей Z, X, Y. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Электроавтоматика станка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. Автоматизированная смена инструментов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Гидросистема. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10. Панель управления станков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. Система координат станка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Направляющие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13. Операции, выполняемые на обрабатывающем центре модели NT4200 DCG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

3 4 5 10 13 17 27 33 34 38 41 41 42 46

Учебное издание

Мазеин Петр Германович, Савельев Алексей Алексеевич ТОКАРНО-ФРЕЗЕРНЫЙ ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ ЦЕНТР МОДЕЛИ NT4200 DCG Учебное пособие

Техн. редактор А.В. Миних Издательский центр Южно-Уральского государственного университета Подписано в печать 01.10.2014. Формат 60×84 1/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 2,79. Тираж 30 экз. Заказ 569/428. Отпечатано в типографии Издательского центра ЮУрГУ. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. 48