CC BY
26
НОВОСТИ КОМПАНИЙ
Резьбо- и профиленакатные станки нового поколения
И. В. Гашков
Модернизация предприятий российского машиностроения непрерывно связана с внедрением в производство новых прогрессивных методов обработки металлов. Одним из путей развития прогрессивной технологии машиностроения является переход на обработку металлов давлением в холодном состоянии вместо обработки резанием. Применение этого метода обработки значительно повышает производительность, точность, улучшает механические свойства и чистоту поверхности обрабатываемых деталей, а также создает предпосылки для комплексной автоматизации.
Почти все современные машины и двигатели имеют ответственные резьбовые и шлицевые детали, условия работы которых требуют высокой точности и хороших механических свойств резьб и шлицев. В качестве примера можно назвать силовые шпильки и анкерные связи дизель-моторов, крупные шпильки паровых, газовых и гидравлических турбин, шлицевые валы автомобилей и т. д., которые изготавливаются в больших количествах из высоколегированных термически обработанных сталей. Нарезание резьбы на таких деталях довольно трудоемко и не обеспечивает необходимых физико-механических свойств. Поэтому более эффективна обработка резьб и шлицев методом холодной пластической деформации — накатыванием.
Хотя технология накатывания резьб хорошо известна на многих российских предприятиях и используется уже многие десятилетия, вопрос подбора соответствующего оборудования стоит достаточно остро. Это связано с недостаточным количеством опытных технологов на производстве. Кроме того, резь-бонакатка остается «нишевой технологией», информации или литературы о ней немного.
Пользуясь возможностью, хочу представить здесь новые разработки компании РЕЕ-WEE, поставляющей станки в Россию и другие страны СНГ.
Сегодня на многих производствах еще можно встретить немецкие резьбонакатные станки моделей UPW или GWR, а также станки, изготовленные на Азовском заводе, которые имеют минимум 25-30 лет стажа. Это оборудование уже неоднократно отработало заложенный ресурс и только стараниями цеховой ремонтной службы находится еще в рабочем состоянии. Часто при сдаче новых станков на предприятиях можно столкнуться с их «прародителями», т. е. станками РЕЕ-WEE модели II выпуска 1938-1939 гг., которые попали в Россию из Германии в 1945 г. При этом станки находятся в рабочем состоянии и используются в производстве, в том числе для накатки особо точных деталей для авиации (иллюстрации к статье см. на обложке журнала).
Не умаляя положительных качеств старых станков, нельзя забывать, что сегодняшние требования к резьбам, червякам и шлицам значительно выросли за последние 2030 лет. В первую очередь это касается крепежа для авиационной промышленности, ракетно-космического комплекса, химической, атомной промышленности. Повышенные требования касаются как точности резьбы, например резьбы по классу точности 2г (поле допуска по среднему диаметру — 0,02 мм), так и обработки особо твердых материалов с пределом прочности 1450-1500 Н/мм2. Все это обязует машиностроителей своевременно реагировать на потребности заказчиков и не только предлагать стандартные решения,
но и изготавливать станки под заказ для обработки особо сложных деталей.
Станки серии UPW
Серия UPW хорошо известна в России, однако новая линейка имеет много различий и современных конструкционных решений по сравнению с моделью 1970-1980-х гг. Впервые станок был представлен на выставке ЕМО в Ганновере в 2013 г. и вызвал большой интерес посетителей и специалистов. За прошедший год построено уже 14 станков этой модификации, из них 5 станков с системой ЧПУ. Значительная часть из них поставлена в Россию, страны СНГ и Восточной Европы. Станки PEE-WEE конструктивного ряда UPW предназначены для накатывания наружных резьб, прямых и косых шлицов, нанесения рифлений и иных профилей, а также для накатного полирования врезным или проходным способом.
Станки модели UPW выпускаются с давлением накатки от 5 до 100 т, что позволяет обрабатывать детали диаметром от 1 до 150 мм. В зависимости от требований заказчика или от конструкции производимых деталей возможны различные компоновки станка или загрузочных устройств. Стандартная стойка управления станка — командоконтроллер Siemens (SPS) или ЧПУ (CNC), возможно исполнение станка с двумя подвижными бабками, а также с приводом от серводвигателей (CNC-AC). Одним из важных преимуществ станка по сравнению со старой моделью являются наклонные шпиндели станка, позволяющие использовать станок как для накатки коротких резьб (до 200 мм) методом радиальной накатки, так и для накатки длинных резьб (до 6 м) методом накатки на проход.
Конструкция нового станка стала более компактной и удобной для его настройки и обслуживания и рассчитана на многолетнее использование на производстве. За счет сочетания литой и сварной конструкции станины станка достигается максимальная жесткость при одновременно открытом вверх рабочем пространстве. Универсальность конструкции позволяет использовать станок для накатки врезным
или проходным способом. Таким образом, могут выполняться производственные задания с повышенной производительностью. Ручная загрузка и выгрузка благодаря открытому рабочему пространству не требует особых усилий.
Суппорт передвигается по высокоточным профильным направляющим. Используемая система гарантирует высокую жесткость и значительную динамическую и статическую несущую способность, что позволяет прибегать к более высоким мощностям обработки с одновременным повышением точности и качества поверхности обрабатываемых деталей. Это улучшает вибрационную характеристику с пониженными амплитудами колебаний, вследствие чего увеличивается стойкость инструмента.
Система управления ECO-SYS содержит важнейшие настройки, расположена на передней стороне станка, что удобно для пользователя при переналадке. Система имеет следующие функции:
• плавное гидравлическое регулирование давления накатки и скорости подачи;
• плавная электрическая настройка скорости вращения шпинделей;
• электрическая установка длины хода подвижной бабки;
• точно и легко устанавливаемый угол наклона накатных шпинделей;
• выносные опоры с быстродействующим зажимом.
Время переналадки может быть дополнительно сокращено благодаря использованию инструмента, прошлифованного специальным образом (PSS) и не требующего настройки по витку резьбы.
Информация о настройке станка в процессе накатки легко доступна для оператора. Используется оптическая индикация для следующих параметров:
• позиция точной осевой установки боковой стороны бабки;
• осевые пружины боковой стороны бабки;
• индикация ограничения хода салазок;
• угол наклона накатных шпинделей;
• цифровое отображение положения подвижной бабки.
Одним из новых технических решений, направленных на повышение точности резьб, а также на сокращение времени переналадки
ОПЫТ ПРОИЗВОДСТВА
МЕШП^БРАБОТКА
I-\1-1 X
станка, стала электромагнитная муфта. Если раньше для настройки станка по витку резьбы требовалось вручную открыть защитную крышку муфты, рассоединить муфту сцепления, провернуть ее и заново соединить, то сейчас все эти операции производятся только на дисплее станка. При нажатии кнопки происходит рассоединение муфты привода шпинделей, затем при помощи другой кнопки проворачивается один шпиндель. После этого муфта соединяется. Настройка продолжительности прокатки и паузы осуществляется с дисплея станка. Управление станка позволяет применять различные рабочие программы:
• ручная при помощи ножной педали или кнопки на дисплее;
• полуавтоматическая с заданием времени накатки;
• автоматическая с предварительным заданием продолжительности накатки и паузы;
• подкатка резьб;
• проходное накатывание с гидравликой (без гидравлики).
Автоматизация возможна в любое время благодаря открытому решению рабочего пространства. Открывающаяся вверх конструкция существенно облегчает обслуживание станка, что сокращает штучное время из-за упрощения принципа подвода и отвода деталей.
Сокращение времени обработки достигается с помощью бесступенчатого выбора частоты вращения в сочетании со встроенным гидравлическим ускоренным обратным ходом при врезном методе и еще более усиленным главным приводным двигателем. Уменьшение времени прокатки может составить до 60 %.
При заказе соответствующего высокоскоростного проходного пакета достижимы скорости до 35 м/мин при накатке на проход.
Для PEE-WEE особое значение имеет защита окружающей среды. На заводе принято последовательное использование регенеративной энергии в целях сбережения окружающей среды и экономного расходования природных ресурсов. В соответствии с этим за последние 5 лет было сэкономлено более 300 000 кг СО2. Эта философия находит свое отражение и в продукции PEE-WEE. В частности, проходной метод может быть реализован без использования гидравлики. При врезном и проходном методах благодаря использованию
электродвигателей класса Ш2 выполняются предписания Евросоюза по сокращению энергопотребления и выброса СО2. Применение частотных преобразователей для плавного выбора частоты вращения обоих накаточных шпинделей снижает энергопотребление до 50 % по сравнению с двигателями с редукторами. Помимо того, по отдельному запросу мы поставляем ECO-пакет для максимального увеличения энергоэффективности.
Станки серии СКС
Станки серии СЫС уже многие годы поставляются на российские и другие предприятия авиационной, транспортной и машиностроительной промышленности. Станки легко оборудовать системой автоматической загрузки, но можно использовать и в ручном режиме для накатки сложных и точных деталей — шлицов, червяков, ответственных резьб, рифлений и других профилей, для калибровки цилиндрических тел, а также для накатки на проход и т. д.
Преимуществом системы ЧПУ является не только точность управления станком благодаря позиционированию подвижной бабки с повторяемостью до 0,005 мм, но и возможность ввода в память станка более 250 программ накатки резьб. Их наличие позволяет значительно сократить время при переналадке станка, достаточно только сменить накатной инструмент, накатной нож и выбрать программу. Это также экономит обычно дорогостоящие детали для настройки станка.
На станке может работать низкоквалифицированный персонал при условии, что программы накатки составлены заранее.
При подключении к станку принтера можно распечатывать характеристики накатки резьб по каждой детали, что может использоваться для подготовки технологической документации.
Станки серии СЫС выпускаются с давлением накатки от 10 до 35 т.
Конструкция станка компактна и, соответственно, не занимает много места. Цельнолитая станина станка является жесткой конструкцией, что обеспечивает высокую точность накатки и стабильность в долговременном производственном процессе.
Передвижение подвижной бабки осуществляется по стабильным высокоточным направляющим типа «ласточкин хвост» с пришабренными поверхностями и регулируемым клином. Это гарантирует максимальную точность движения при длительной работе. Дополнительными элементами станка являются пришабренные соединительные поверхности, а также привод накатных шпинделей от червячной передачи и шлицевых валов. Все это позволяет экономить время переналадки станка, поскольку:
• не требуется ручной установки скорости вращения шпинделей;
• программирование подачи подвижной головки производится с пульта управления;
• не требуется выставлять давление накатки, так как программа станка сама рассчитывает необходимое давление, базируясь на скорости деформации.
Параметры деформации привязаны к характеристикам металла. Все параметры накатки могут задаваться с дисплея. В течение одного цикла деформации могут задаваться до 15 различных скоростей подачи. По окончании каждого цикла в соответствии с техническими требованиями возможна калибровка для уменьшения радиального биения детали и улучшения качества поверхности.
Необходимое давление накатки автоматически рассчитывается интегрированными программами. Система управления Siemens S7 и программное обеспечение PEE-WEE позволяют достичь оптимальных параметров накатки даже для особо твердых сталей и титановых сплавов.
Встроенная в станок измерительная система определяет положение и скорость подвижной бабки с точностью до 1 мкм. Направляющие подвижной головки выполнены как ЧПУ-ось, все параметры накатки высвечиваются на дисплее станка.
Бесступенчатое регулирование скорости вращения шпинделей позволяет выбрать оптимальные обороты из диапазона 20-90 об/мин.
Система контроля качества отслеживает позиционирование подвижной головки и требуемое давление накатки деталей. При введении поля допуска происходит отсортировка качественных и бракованных деталей и соответствующий сигнал поступает на дисплей.
Резьбонакатной инструмент
Влияние резьбонакатного инструмента на накатку не менее важно, чем влияние конструкции самого станка. Часто бывает, что правильно подобранный и хорошо изготовленный инструмент позволяет накатывать высокопрочные стали даже на старом станке.
Качество изготовления накатных роликов зависит не только от марки стали и способа закалки, но и от умения прошлифовать требуемый профиль. На стойкость комплекта инструмента влияет ряд факторов, зависящих от характеристик обрабатываемых заготовок (марки стали, механических свойств, микроструктуры), накатного инструмента (конструкции, марки стали, механических свойств, режима термической обработки), состояния накатного оборудования и условий эксплуатации (режимов накатывания и охлаждения СОЖ).
Обычно наибольшую сложность представляет накатка высокопрочных сталей в каленом состоянии. Для накатки резьб с классом прочности 12.9, а также деталей из титановых и жаропрочных сталей на никелевой основе применяются ролики из быстрорежущих и специальных сплавов. Титановые и никелевые сплавы часто используются в авиационной промышленности и трудно поддаются деформации. Традиционно используемые ролики с накатанной резьбой не дают достаточной стойкости и при накатке некоторых видов жаропрочных сталей выкрашиваются после обработики 100 деталей. Использование специальных твердосплавных материалов и шлифованный профиль резьбы роликов позволяет накатывать материалы с пределом прочности до 1500 МПа с высокой стойкостью.
Использование твердосплавных роликов целесообразно во всех областях промышленности, где применяются материалы с пределом прочности более 1000 МПа. Так, при накатке резьбы М 14 х 1,5 с классом прочности 10.9 стойкость достигает 80 тысяч штук одним комплектом до перешлифовки.
Представитель РЕЕ^ЕЕ в России — компания «Вебер Комеханикс» (Москва); тел.: +7 (495) 925-88-87, сайт: www.weber.ru
И56
№ 4(82)/2014
Иллюстрации к статье:
Гашков И. В. Резьбо- и профиленакатные станки нового поколения юр _
б)
Рис. 1. Немецкий станок РЕЕ-\УЕЕ Рис. 2. Станок UPW 24 с командо-
довоенного выпуска
контроллером Siemens
Рис. 3. Накатка резьб: а — коротких; б — длинных
Рис. 4. Конструкция станка 24 Рис. 5. Быстрое и точное позицио- Рис. 6. Пульт управления станка
нирование роликов
SPS Siemens S7 с дисплеем на русском и немецком языках
Рис. 7. Станок С№
Рис. 8. Образцы накатанных профилей
Рис. 9. Резьбонакатной станок Р15 СЫС
a аааааа а
а 1йб• «г а а аааааа а
g т *
Рис. 10. Пульт управления станка Рис. 11. Рабочая зона станка Р15 СЫС
Рис. 12. Накатной станок с выносными подшипниками открытого типа для накатки резьб на деталях малого диаметра (1 мм)
