CC BY
144
УДК 621.9.06, 62-523.8
МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРОДОЛЬНО-ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА 6М610Ф11-23 ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНОЙ ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ
1 л 4
© И.Г. Майзель1, В.В. Платонов2, Е.Я. Глушкин3
1Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
2,3Хакасский технический институт (филиал Сибирского федерального университета), 655017, Россия, Республика Хакасия, г. Абакан, ул. Щетинкина, 27.
Приведен новый подход и представлены предварительные результаты по модернизации существующего металлорежущего оборудования для реализации современных инновационных технологий в обработке крупногабаритной литейной оснастки. Показано, что использование современных средств автоматизации способно значительно расширить технологические возможности для решения поставленных задач. Отмечена экономическая целесообразность использования данного способа модернизации существующего оборудования, позволяющего рационально использовать основные базовые детали станка, которые предполагают значительный срок изготовления.
Ключевые слова: продольно-фрезерный станок; модернизация; ЧПУ; расширение технологических возможностей; Спрут-кам; шпиндельная головка; точность.
MODERNIZATION OF 6M610F11-23 BED-TYPE MILLING MACHINE FOR MODERN TECHNOLOGY OF LARGE SIZE CASTING MOLD PRODUCTION I.G. Maizel, V.V. Platonov, E.I. Glushkin
Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Khakass Technical Institute (Branch of Siberian Federal University),
27 Schetinkin St., Abakan, Khakass Republic, 655017, Russia.
This article introduces s a new approach and gives preliminary results on the modernization of existing milling machines for the implementation of modern innovative technologies for large size casting mold machining. It is shown that the use of modern automation means can significantly expand technological capabilities for solving the tasks set. The paper shows economic feasibility of this method application for the modernization of existing equipment since it allows the rational use of the basic machine-tool parts that require significant time to be manufactured.
Keywords: bed-type milling machine; modernization; CNC; expansion of technological opportunities; Sprut-Cam; spindle head; accuracy.
В связи с решением актуальной государственной задачи по импортозамещению товаров и услуг перед алюминиевой промышленностью встала проблема производства поддонов и кристаллизаторов на российских предприятиях. К сожалению, опыт показал, что данные изделия, характеризующиеся большими габаритами и наличием большого числа пространственных отверстий, изготовить в требуемых объемах в сложившихся сегодня условиях проблематично. Производство кристаллизатора занимает несколько месяцев, а использование ручного труда при сверлении отверстий приводит к значительным отклонениям от проектных значений и, как следствие, к браку. Не зря в последние годы практически все кристаллизаторы заказывались за рубежом.
На рис. 1 и 2 представлены 3D-модели кристаллизатора и поддона, с помощью которых получают литейные слитки для изготовления из них в дальнейшем листового проката, необходимого в авиационном машиностроении, автомобильной, пищевой и др. промышленности.
Габаритные размеры кристаллизатора следующие: длина - 2500 мм, ширина - 700 мм, высота - 300 мм, в зависимости от модели. Следовательно, станок для обработки изделия должен иметь соответствующую рабочую зону.
Наличие сложных сопрягаемых поверхностей, а также большое число отверстий обусловливает использование 5-тикоординатного станка для обработки детали с одной установки.
1Майзель Игорь Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации в машиностроении, тел.: 89027638311, e-mail: [email protected]
Maizel Igor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Equipment and Automation in Mechanical Engineering, tel.: 89024688311, e-mail: [email protected]
2Платонов Владимир Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроительных и металлургических технологий, тел.: 89069524501, e-mail: [email protected]
Platonov Vladimir, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machine-Building and Metallurgical Technologies, tel.: 89069524501, e-mail: [email protected]
3Глушкин Евгений Яковлевич, кандидат технических наук, доцент кафедры электроэнергетики, тел.: 89503024523, e-mail: [email protected]
Glushkin Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Electrical Power Engineering, tel.: 89503024523, e-mail: [email protected]
Рис. 1. 3D-модель кристаллизатора
Рис. 2. 3D-модель поддона
В настоящее время российское станкостроение не производит необходимое оборудование, а импортные аналоги стоят 1 млн долл. и выше.
В данной работе рассматривается вариант модернизации существующего оборудования, в частности продольно-фрезерного станка 6М610Ф11-23, для решения поставленной задачи (рис. 3).
Отметим, что любой станок имеет в своем составе литые базовые узлы (станина, стойка), которые за весь срок эксплуатации практически не имеют серьезных механических повреждений, к тому же они со временем не ухудшают, а улучшают свои механические свойства за счет естественного процесса старения металла. Восстановление геометрической точности базовых узлов и механизмов подач станка в совокупности с квалифицированно выполненными ремонтными работами, внедрением новых систем управле-
ния и технологий позволяют выйти на уровень технических характеристик нового станка, а в ряде случаев и превзойти их.
Данный станок предназначен для комплексной обработки крупногабаритных корпусных, базовых и других деталей методами фрезерования, растачивания и сверления. Он оборудован двумя дополнительными горизонтальными бабками на правой и левой стойках.
Для последовательной обработки заготовок с пяти сторон станок оснащается сменными лобовой и торцевой головками. Сменная лобовая головка устанавливается на специальном посадочном месте ползуна шпиндельной бабки. Сменная торцевая головка устанавливается на торце выходного конуса шпинделя.
Существующая цикловая система ЧПУ «Размер-2М-1104» оснащена устройством цифровой индикации
и автоматического переезда рабочих органов по пред-набору для вертикальной бабки и ползуна, которое обеспечивает позиционирование, фрезерование и цифровую индикацию. Однако данная система управления не способна отрабатывать криволинейные траектории даже в 3-хосевом режиме. Именно поэтому конструкция кристаллизатора, изготавливаемая на данном станке, была переработана и криволинейный профиль был заменен на кусочки прямых линий, что в дальнейшем усложняло сопряжение поддона и кристаллизатора.
Рис. 3. Продольно-фрезерный станок 6М610Ф11-23
Модернизация предполагает решение следующего круга задач:
1. Установка системы ЧПУ.
2. Замена системы электроавтоматики.
3. Замена приводов подач и привода главного движения.
4. Замена устройств обратной связи.
5. Установка 3-хосевой шпиндельной головки.
ШЕ
••••• •••
"838 ••••
'SS? ggf KS
• DO ООО ООО ■•■••ая»
ПВ^ЧМГ
Рис. 4. Система ЧПУ N^110
1. В качестве системы управления предполагается использовать устройство ЧПУ N^110 (рис. 4) широкого применения с легкой адаптацией к управлению сложным станочным оборудованием. Конструкция отличается уникальным сочетанием многофункциональности, надежности и возможности управления пятью процессами одновременно. Устройство имеет
открытую архитектуру, что позволяет удовлетворять растущие требования потребителей путем встраивания дополнительных аппаратных и программных модулей.
Система ЧПУ N^110 может работать с датчиками типа энкодер, резольвер и индуктосин. Эти качества позволяют эффективно применять устройство для управления различным оборудованием:
- обрабатывающими центрами;
- высокоскоростными станками;
- многосуппортными станками;
- гибкими производственными системами.
УЧПУ N^110 представляет собой промышленный компьютер, имеющий набор периферийных модулей для управления оборудованием. Для подготовки такого промышленного компьютера к работе в конкретной системе (станке) необходимо выполнить установку параметров и характеристик управляемого оборудования, а также аппаратных и программных модулей самого промышленного компьютера, т.е. осуществить характеризацию, что позволит использовать устройство как УЧПУ. Характеризация реализуется через запись указанных параметров в файлы характериза-ции.
Данная система прекрасно адаптирована для работы с системой разработки управляющих программ для станков с ЧПУ SprutCAM, разработанная компанией СПРУТТехнология (Россия).
SprutCAM - первая в мире САМ-система, основанная на NURBS-ядре, содержит в себе мощный модуль симуляции обработки, который позволяет моделировать процесс обработки детали на любом станке, предварительно созданном на основе его кинематической схемы и твердотельной модели.
2. Изначально на станке было установлено три шкафа электроавтоматики (шкаф управления шпинделем, шкаф управления приводами подач, шкаф электроавтоматики). Используя современные средства электроавтоматики, удалось все оборудование разместить в одном шкафу, с учетом возможного увеличения числа приводов до восьми (два привода главного движения с векторным управлением и шесть сервоприводов подач) (рис. 5 и б).
3. Электроприводы серии CSD-DH-NYS (далее -электроприводы) представляют собой комплектные регулируемые (следящие) однокоординатные реверсивные электроприводы переменного тока с длительным моментом на валу от 16,0 до 50,0 Нм. Они применяются для быстродействующих механизмов подачи металлообрабатывающих станков, в том числе с числовым программным управлением, для исполнительных механизмов промышленных роботов, механизмов гибких производственных систем и для других механизмов следящих систем, которые требуют точных перемещений и регулирования скорости вращения в широком диапазоне.
В состав комплектного электропривода серии CSD-DH-NYS входят преобразователь
серии CSD-DH и электродвигатель серии NYS (рис. 7).
Рис. 5. Шкаф электроавтоматики станка (цепи управления вспомогательными механизмами)
Рис. 6. Шкаф электроавтоматики станка (система ЧПУ N^100 и преобразователи приводов)
Рис. 7. Электроприводы CSD-DH-NYS
Электродвигатель NYS представляет собой синхронный вентильный электродвигатель переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе. Электродвигатель NYS имеет трёхфазную обмотку якоря. Синусоидальная форма тока через фазные обмотки якоря двигателя позволяет обеспечить сглаживание кривой момента при низкой скорости вращения, требуемое в металлообработке, текстильной промышленности, упаковочных машинах и т.д.
Электродвигатель NYS имеет бесконтактный комбинированный оптоэнкодер, который выполняет функции датчика положения ротора (ДПР) и датчика угловых перемещений. ДПР обеспечивает правильную работу электронного коммутатора во время пуска электродвигателя и в его рабочем режиме. Датчик угловых перемещений преобразует измеряемое перемещение в последовательность электрических сигналов, которая несет в себе информацию о величине и направлении перемещения. Этот датчик выполняет функцию датчика обратной связи (ДОС) в следящих системах.
которые демонтируются, но при этом требуется изготовление переходных фланцев и точное сопряжение с ходовым винтом привода подач. Исключение промежуточных передаточных звеньев также должно повысит точность позиционирования.
4. Линейные сельсинные датчики обратной связи (В2Р) перемещений стола, вертикальной бабки и ползуна заменены на порядок более точными оптическими линейками. Использование оптических линеек позволит повысить точность позиционирования до 0,01мм/м (рис. 8).
5. На втором этапе модернизации при установке на посадочном месте лобовой головки специально изготовленной трехосевой (А,С^) шпиндельной головки нам удалось реализовать полноценную пя-тиосевую обработку. В этом случае наличие дополнительной вторичной линейной оси W в шпиндельной головке позволяет значительно расширить технологические возможности пятиосевой обработки, особенно при высокоскоростной обработке пространственных отверстий. Принципиально обработку пространственных отверстий при пятиосевой обработке (оси А и С
Рис. 8. Оптическая линейка
Преобразователь CSD-DH обеспечивает управление электродвигателем NYS. Конструктивно преобразователи CSD-DH выпускают в блочном варианте исполнения.
Преобразователь CSD-DH имеет встроенный блок питания с набором напряжений для обслуживания модулей, входящих в его состав. Силовой блок преобразователя CSD-DH построен на базе силовых ключей на ЮВТ- транзисторах, которые представляют собой комбинацию биполярного и полевого транзисторов.
Основная проблема при модернизации заключалась в наличии громоздких редукторов приводов подач и двигателей постоянного тока с тиристорным управлением. Устанавливаемые серводвигатели имеют значительно меньшие габариты, при этом обладают большим пусковым моментом и создают требуемые крутящие моменты на всем диапазоне частот вращения. Поэтому нет необходимости в редукторах,
реализованы в шпиндельной головке) можно получить за счет приращений по линейным осям (X, У, 2), а за счет круговых осей А и С позиционируется ось отверстия в пространстве.
Однако при высокоскоростной обработке пространственных отверстий величина приращения воспринимается как радиальное биение инструмента, которая снижает точность и качество отверстия, а при обработке малых диаметров ведет к поломке инструмента.
Следует отметить, что в настоящее время данная схема обработки является прорывной, что для нее нет разработанных схем в системе SprutCAM. Поэтому для практической реализации разработанной технологии систему SprutCAM следует адаптировать под появившиеся новые технические возможности металлорежущего оборудования.
Статья поступила 11.02.2015 г.
Библиографический список
1. Емельянов С.А. Модернизация станков с ЧПУ // Совре- оператора. СПб, 2012. 151 с.
менные технологии автоматизации. 2001. № 3. C. 34-44.
2. ГОСТ Р ИСО 9001-2001. Системы менеджмента качества. Требования. М.: Изд-во стандартов, 2003. 36 с.
3. Сергеева Е. Высокоскоростная обработка HSC (Highspeedcutting). Современное состояние вопроса [Электронный ресурс]. URL: http://www.ibag.ch/
4. УЧПУ NC-110, NC-301, NC-302, NC-310. Руководство
5. УЧПУ NC-110, NC-301, NC-302, NC-310. Руководство по характеризации. СПб, 2012. 152 с.
6. УЧПУ NC-110, NC-301, NC-302, NC-310. Программирование интерфейса PLC. СПб, 2012. 156 с.
7. Электроприводы серии CSD-DH-NYS. Руководство по эксплуатации. СПб, 2013. 98 с.
