ОБРАБОТВАНЕ НА МНОГОСТЕНИ ВЪРХУ СТРУГОВИ
МАШИНИ С ЦПУ-
СТРУГОВАНЕ
ВМЕСТО ФРЕЗОВАНЕ
Пламен
Угринов
Резюме.
При
обработване на заготовки от кръгъл прокат върху стругови машини с ЦПУ освен
обичайните стругови преходи се налага обработването на външни шестостени,
предназначени за монтаж на детайла чрез гаечен ключ. Това затруднява много
производството и обикновеното решение е използване на друга машина за фрезоване
на шестостена, като това се извършва по „бабешки” начин- стените се обработват
една по една. Това отнема много време и оскъпява продукциятата.
Познат
е начин и той все по-широко навлиза в струговите машини с ЦПУ за струговане на
практически всякакви правилни многоъгълници (квадрати, шестостени, осмостени и
т.н.). В действителност приложението на метода е много по-широко. Освен по
цилиндричната част формообразуване може да се извършва и върху челото на
заготовката, така че в резултат да се получат детайли тип „челен зъбен
съединител”. С подходяща интерполация могат да се обработват многостени с криволинейни
образуващи, които трудно биха могли да се получат по друг начин.
Предимствата на метода са:
-
обработката се извършва
върху струговата машина с ЦПУ при същата установка, по която са проведени
обичайните стругови преходи;
-
машинното време е
многократно по-малко, отколкото при традиционното фрезоване с делителни
движения;
-
обработената повърхнина е
с по-малка грапавост, отколкото при фрезоването й;
-
могат да се обработват
детайли с нетрадиционна форма.
-
водещите производители на
системи за ЦПУ предлагат опция за струговане на многостени.
Целта на статията е да покаже на
заетите с обработване чрез рязане възможностите на метода, като с това им
подскаже, че при покупка на стругова машина с ЦПУ те биха могли да включат в
поръчката си и опция за струговане на многостени. Статията е насочена и към нашите
производители на стругови машини с ЦПУ, които биха могли да снабдят продукцията
си с възможности за струговане на многостени.
1. Увод.
Традиционно се смята, че
детайлите с напречно сечение „многоъгълник” са нетехнологични за обработка
върху стругови машини с ЦПУ и затова се подлагат на фрезова обработка, при
което са възможни два варианта.
І вариант. Ако се използва стругов център или многофункционална
машина, главното движение се извършва от фрезата, а закрепеният в струговото
вретено детайл изпълнява делителното движение.
ІІ вариант. По-сложно се решава въпросът в случая, когато
струговата машина с ЦПУ е в обичайната си конфигурация и няма опция за въртящ
се инструмент. Тогава заготовката се насочва към фрезова машина. При фрезова машина
с ЦПУ е необходима индексираща въртяща маса, а при универсална фрезова машина
трябва да се използва делителен апарат. Главните недостатъци на този вариант са
следните:
-
загуба на точност и производителност, оскъпяване на
производството поради въвеждането в технологичния процес на друга машина;
-
намаляване на производителността основно поради загубата
на време за делително движение; при това тази загуба е пропорционална на броя
на стените на многоъгълника.
В технологичната практика от
десетилетия са известни специализирани стругови машини с ръчно или нецифрово
управление, които имат възможността върху заготовка с кръгло напречно сечение
да се обработват симетрични спрямо оста на ротация детайли с напречно сечение
правилен многоъгълник- най-често квадрат и шестостен. Външно машината и самата
обработка не се различават съществено от традиционната стругова машина: заготовката
се установява във вретеното и получава ротационно движение, а инструментът
извършва подавателните движения в надлъжно и напречно направление. Разликата се
състои в това, че инструментът извършва въртене, синхронизирано с въртенето на
заготовката, благодарение на което при ротацията на заготовката се образува не
цилиндрична повърхнина, а правилен многостен.
2. Принцип на струговането на многостени.
На
фиг.1 е илюстриран принципът на образуването чрез струговане на една стена по
метода на следата посредством синхронизирането на две ротации. Заготовката, разположена
във вретеното, се върти с честота n1. В същата посока ротира с честота n2 инструменталната глава, в която
е разположен стругарският нож.
На фигурата са показани три
положения на взаимното им движение.
В
положение 1 на инструмента започва образуване на правата върху заготовката;
положението на правата е обозначено с а1. Необходимо е да се
подчертае, че тази права през всички фази на движението е перпендикулярна на
линията, свързваща върха на инструмента с центъра на ротация на
инструменталната глава.
В
положение 2 и 3 със завъртането на инструменталната глава се завърта и
образуващата се права, заемайки положения съответно а2 и а3.
Така върху заготовката се
образува правата а.
Ако към това се добави
подавателно движение, перпендикулярно на равнината на чертежа, върху заготовката
се образува стена. Така формообразуването се извършва по метода на следата за
разлика от фрезоването, при което формообразуването е по метода на допирането.
За увеличаване на
производителността инструменталната глава се снабдява с няколко ножа, разположени
в нея през равни ъглови интервали. Вместо ножове могат да се използват само
твърдосплавни пластини, установени непосредствено в тялото на инструменталната
глава.
Двете ротационни движения- на
вретеното (заготовката) и главата (инструмента)- са в строга синхронизация.
Големините на ъгловите им скорости (честотите на въртене) могат да бъдат в
различно съотношение в зависимост от броя на обработваните стени и броя на
ножовете (пластините) в инструменталната глава.
Честотата на въртене е съизмерима
с тази при струговане на гладка цилиндрична повърхнина. Въртенето на
заготовката по същество е съвместяване по време на делителното с главното
движение, което способства за високата производителност на процеса.
На фиг.2 е показано обработването
на квадрат със стени a, b, c и d с
инструментална глава с два ножа, разположени през 1800. Вижда се, че
всеки от ножовете обработва двете противоположни стени на квадрата- инструмент
1- стените a и c, инструмент 2- стените b и d. Съотношението на
честотите на въртене на заготовката и инструменталната глава е 1:2.
Фактически, обаче,
образуващата на многоъгълника не е идеална права линия
На фиг.3 е показано, че
траекторията на движение на върха на инструмента е елипса и поради това образуващата
на многоъгълника също е елипса. Получената стена не е равнина, а елиптична
повърхнина. Но за практически цели и предвид големите технико-икономически предимства
на този технологичен процес получаващата се разлика в геометричната форма се смята
за пренебрежимо малка. Тази разлика намалява с увеличаването на радиуса на
инструменталната глава.
Струговането
на многоъгълници дава следните предимства:
-
много по-висока производителност от фрезоването;
-
по-малка грапавост на обработените повърхнини;
-
използване на по-евтин и прост като конструкция
инструмент.
3. Изисквания към машините за струговане на многостени.
Посочените предимства бяха
забелязани от производителите на стругови машини с ЦПУ и през последните години
се наблюдава все по-широкото нализане на опцията за струговане на многоъгълници
върху различни стругови машини с ЦПУ и стругови центри.
За целта машината трябва да има
възможност за точно синхронизиране на въртенето на вретеното и инструменталната
глава. Прилагат се два подхода- синхронизиране чрез твърда кинематична връзка и
електронна синхронизация.
Твърдата кинематична връзка, приложена в машина с ЦПУ, е в
дисонанс с философията на самото ЦПУ и присъствието й е оправдано само
като реплика на решението, прилагано в
машините с ръчно и нецифрово управление; днес има много ограничено приложение.
Електронната синхронизация се съгласува добре с принципа на
ЦПУ и се състои в постигане на точна пропорция между честотите на въртене на
двигателите на вретеното и инструменталната глава. Производителите на
регулируеми електрически задвижвания предлагат на пазара удобни опции за
синхронизиране, благодарение на които днес електронната синхронизация
преобладава подчертано над твърдата кинематична връзка.
Друго
изискване е системата за ЦПУ да поддържа програмно възможността за струговане
на многостени. Редица водещи производители на системи за ЦПУ, сред които
познатите у нас GEFanuc и Siemens, предлагат такава опция.
3. Класификация
на машините с ЦПУ, извършващи струговане на многоъгълници.
А. Стругови машини с ЦПУ с твърда кинематична
връзка (фиг.4).
Твърдата
кинематична връзка между главния превод и превода на инструменталната глава се
осъществява чрез карданен вал, който може да бъде и в телескопично изпълнение.
Това решение се среща при твърде ограничен кръг от стругови машини с ЦПУ.
Недостатъците му се състоят в получаваните трептения при работа на карданния
вал, степенния характер на честотите на въртене (получавани чрез зъбни предавки
в главния превод).
Б. Машини с ЦПУ с електронна синхронизация.
Б1. Стругова машина с ЦПУ със собствен независим превод
на инструменталната глава (фиг.5).
Инструментална глава
Върху
напречния супорт са разположени инструменталната и револверната глава.
Инструменталната глава има собствен независим превод. Прилага се електронна
синхронизация с въртенето на вретеното на машината.
На фиг.5а е показана работата на
револверната глава за извършване на традиционните стругови обработки, а на
фиг.5б- използване на инструменталната глава за струговане на многостен.
Б.2. Стругови машини с ЦПУ с
инструментална глава, имаща функции и на револверна глава (фиг.6).
Инструменталната
и револверната глава конструктивно са интегрирани. На фиг.6а е показано
обработването на стругови повърхнини, а на фиг.6б- активиране на фунцията за
струговане на многостени. Използва се електронна синхронизация.
Б3. Стругови центри с инструментална
глава като въртящ се инструмент (фиг.7).
Тук инструменталната глава се
задвижва от гнездо за въртящ се инструмент, имащо електронна синхронизация с
главното вретено.
Б4.
Надлъжно-профилни стругови машини с ЦПУ (Swiss type) (фиг.8).
Инструменталната глава се
задвижва от гнездо за въртящ се инструмент, разположено в инструменталния блок
на машината. Използва се електронна синхронизация.
Б5.
Многовретенна стругова машина с ЦПУ (Screw machine) (фиг.9).
Вретената
имат електронна синхронизация с въртенето на инструменталната глава.
4.
Струговане върху челни повърхнини.
При тангенциално разполагане на
ножовете в инструменталната глава може да се струговат прекъснати повърхнини
върху челната повърхнина на заготовката. В този случай се предпочита
заготовката да е тръба.
5. По-особени
случаи на използване на метода.
Могат
да се струговат практически произволни по форма обемни ососиметрични тела. За
целта струговата машина с ЦПУ трябва да има възможност за извършване на
подавателно движение по сложна траектория. Подходящи за случая са различните
полиномиални и сплайнови интерполации, като от последните следва да се посочат
кубичните сплайни, Акима-сплайните, някои В-сплайни, NURBS.
На
фиг.11 е показано струговането (а) на пресечена четиристенна пирамида с
криволинеен околен ръб (б).
При наличие
на синхронизирано задвижване с вертикална ос на инструменталното вретено в него
може да се установи червячна фреза за нарязване на зъбно колело (фиг.12) или
шлици.
6. Примери
на детайли, подходящи за обработване чрез метода за струговане на многостени
Използвани
източници
1. www.remsales.com.
3. www.cosmos.in.
За цитиране на тази статия:
Угринов Пл. Обработване
на многостени върху стругови машини с ЦПУ-
струговане вместо фрезоване. www.ugrinov.com.