Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Токарные центры Mazak серий Quick Turn Nexus (QTN) и многоосевые обрабатывающие центры INTEGREX занимают ведущие позиции в мировом станкостроении благодаря продуманной конструкции узлов линейного перемещения. Точность позиционирования, повторяемость и долговечность этих станков напрямую определяются качеством шариковинтовых передач, линейных направляющих, подшипников шпинделя и опорных узлов.
В конструкции станков Mazak QTN 200-II, QTN 250-II, QTN 350-II, а также INTEGREX i-200, i-300 и e-V применяются комплектующие ведущих мировых производителей: ШВП NSK, линейные роликовые направляющие THK, сверхточные подшипники класса P4 и серводвигатели Fanuc серии alpha-iS. Данная статья подробно рассматривает конструктивные особенности, технические характеристики и вопросы эксплуатации этих критически важных узлов.
Шариковинтовые передачи преобразуют вращательное движение серводвигателя в линейное перемещение суппорта, задней бабки или фрезерного шпинделя. В станках Mazak применяются прецизионные шлифованные ШВП производства NSK, соответствующие классу точности C3 по стандарту JIS B 1192 (соответствует классу P3 по DIN 69051 / ISO 3408). Класс C3 обеспечивает колебание шага в пределах любых 300 мм (v300) не более 6 мкм, а допуск среднего отклонения хода (ep) для типовых длин винтов токарных центров составляет порядка +-12...23 мкм в зависимости от полезной длины.
Прецизионные ШВП NSK, устанавливаемые в станках Mazak, отличаются рядом конструктивных решений:
Система рециркуляции шариков с внутренним дефлектором обеспечивает плавное перенаправление тел качения, снижая пульсацию крутящего момента. Это напрямую влияет на качество обработанной поверхности при чистовом точении. ШВП изготавливаются из подшипниковой стали с повышенной ресурсоемкостью (технология TF Steel от NSK), что существенно увеличивает расчетную долговечность по сравнению со стандартными марками стали.
Для снижения шума при скоростном перемещении (быстрый ход до 30-50 м/мин) применяется специальная геометрия дорожки качения, оптимизированная методами компьютерного моделирования движения шариков.
В станках серии Quick Turn Nexus II каждая ось привода оснащена ШВП, соединенной с серводвигателем через упругую муфту. Винт ШВП устанавливается с предварительным натяжением (растяжением) для компенсации температурных деформаций при длительной работе. Параметры ШВП подбираются в зависимости от хода оси, требуемой скорости быстрого хода и действующих нагрузок.
* Ход оси Z для QTN 350-II зависит от варианта длины станины (bed length). Приведено значение для стандартной конфигурации. Для удлиненных версий ход может составлять до 1230 мм и более. Скорость быстрого хода X/Z для моделей QTN 200-II и QTN 250-II составляет 30/33 м/мин (1181/1299 IPM) соответственно.
В моделях QTN 200-II MSY и QTN 250-II MSY, имеющих ось Y для внецентренного фрезерования, дополнительно устанавливается ШВП оси Y с ходом порядка 100 мм (+-50 мм от центра). Привод оси W (перемещение второго шпинделя или задней бабки) также реализован через ШВП, соединенную с отдельным серводвигателем переменного тока.
Многоосевые станки серии INTEGREX обладают расширенным набором управляемых осей (X, Y, Z, W, B, C), что предъявляет повышенные требования к прецизионности каждого узла перемещения. ШВП линейных осей X, Y и Z изготавливаются по классу точности C3 и в стандартной комплектации оснащаются системой охлаждения сердечника.
* Ходы осей зависят от конкретной модификации станка (i-200, i-200S, i-200ST, i-200H и др.) и поколения (i-серия / i-NEO). Приведены диапазоны для типовых конфигураций. Точные значения следует уточнять по спецификации конкретной модели.
В станках INTEGREX e-V (вертикальные многоосевые центры, модели e-1250V/8 и e-1600V/10) роликовые линейные направляющие используются по всем линейным осям X, Y и Z, а ось B оснащается роликовым кулачковым механизмом (roller gear cam). Поворотная ось C приводится прямым двигателем (direct drive motor) со встроенной системой обратной связи по угловому энкодеру.
В станках серии INTEGREX охлаждение сердечника ШВП осей X, Y и Z входит в стандартную комплектацию. Термостатированное масло циркулирует через полый канал внутри тела винта ШВП, отводя теплоту, генерируемую трением в зоне контакта шариков с дорожками качения и передаваемую от серводвигателя.
Охлаждающая жидкость (масло с контролируемой температурой) подается через вращающееся соединение на одном конце винта, проходит по осевому каналу и отводится через второе соединение. Холодильный агрегат поддерживает температуру масла в диапазоне, близком к температуре станины, что минимизирует температурные деформации винта.
Дополнительно в станках INTEGREX реализована система компенсации тепловых смещений (Intelligent Thermal Shield, ITS), которая на основании данных температурных датчиков автоматически корректирует координаты положения инструмента в реальном времени.
Все станки Mazak современных серий Quick Turn и INTEGREX используют роликовые линейные направляющие на всех осях перемещения. Применение роликовых направляющих вместо шариковых обусловлено необходимостью обеспечения высокой жесткости и демпфирующей способности при тяжелых режимах резания.
Направляющие THK серии SRG (Caged Roller LM Guide) являются сверхжесткими роликовыми направляющими, в которых ролики расположены под контактным углом 45 градусов в четырех рядах. Благодаря этому каретка воспринимает равные нагрузки во всех четырех направлениях: радиальном, обратно-радиальном и обоих боковых.
Ключевые конструктивные особенности серии SRG:
Роликовый сепаратор (cage) предотвращает перекос роликов при входе в нагруженную зону, снижает колебания сопротивления качению и обеспечивает равномерное распределение смазки. Длина ролика составляет более 1,5 диаметра, что обеспечивает повышенную контактную жесткость по сравнению с шариковыми направляющими. Габаритные размеры SRG совместимы с глобально стандартизированными размерами шариковых направляющих THK HSR, что упрощает модернизацию.
В ряде осей (преимущественно в легконагруженных или скоростных узлах) могут применяться шариковые направляющие THK серии SHS с шариковым сепаратором. Шарики расположены под контактным углом 45 градусов для равномерного восприятия нагрузок. Сепаратор устраняет взаимное трение шариков, обеспечивая низкий уровень шума, длительную безобслуживательную эксплуатацию и высокоскоростное перемещение.
Mazak применяет роликовые направляющие по всем осям для обеспечения скорости и долговечности при высоких подачах. Конкретный типоразмер направляющих подбирается исходя из массы перемещаемых узлов, рабочих нагрузок и требуемого ресурса.
Шпиндельные узлы станков Mazak серий QTN и INTEGREX оснащаются сверхточными радиально-упорными подшипниками класса точности P4 (ABEC 7) по ISO 492. Подшипники этого класса обеспечивают радиальное биение внутреннего кольца не более 2,5 мкм и осевое биение не более 2,5 мкм для типовых размеров, используемых в шпинделях токарных центров.
В переднем (рабочем) узле шпинделя станков QTN обычно применяется комбинированная опора: группа из двух или трех радиально-упорных подшипников, установленных комплектом по схеме DB (два подшипника "спина к спине") или DBB (два подшипника тандемом плюс один "спина к спине"), что обеспечивает высокую осевую жесткость и способность воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях. Задняя опора шпинделя, как правило, содержит двухрядный цилиндрический роликовый подшипник, воспринимающий радиальную нагрузку и допускающий осевое перемещение для компенсации тепловых деформаций.
Фрезерный шпиндель станков INTEGREX i-200 и i-300 представляет собой встроенный мотор-шпиндель (built-in motor) с частотой вращения до 12 000 мин-1 в стандартном исполнении. Мониторинг состояния мотор-шпинделя осуществляется системой Intelligent Performance Spindle (IPS), которая контролирует температуру, вибрацию и смещение в реальном времени.
Опорные узлы ШВП обеспечивают фиксацию и вращение винта в корпусе станка. В станках Mazak применяются два типа опорных блоков: фиксированные (BK, EK, FK) и плавающие (BF, EF, FF).
Фиксированная опора содержит два радиально-упорных шарикоподшипника, установленных парой "спина к спине" (DF) с предварительным натягом. Подшипники соответствуют классу JIS 5. Они воспринимают как осевые, так и радиальные нагрузки, обеспечивая точную фиксацию положения винта в осевом направлении. Контактный угол подшипников составляет 30 градусов для стандартных опор и 45 градусов для миниатюрных серий, что обеспечивает оптимальное соотношение жесткости и допускаемой частоты вращения.
Плавающая опора содержит один радиальный шариковый подшипник глубокожелобного типа, воспринимающий только радиальную нагрузку. Конструкция допускает осевое перемещение винта для компенсации теплового расширения при работе.
Привод линейных осей станков Mazak QTN и INTEGREX осуществляется серводвигателями переменного тока Fanuc серии alpha-iS (aiS). Это полностью закрытые бесщеточные двигатели с постоянными магнитами из неодимового сплава, обеспечивающие высокое отношение момента к инерции ротора и превосходные динамические характеристики.
Серводвигатели Fanuc aiS используют безредукторное подключение к ШВП через упругую муфту. Встроенный датчик положения (пульскодер) с разрешением до нескольких миллионов импульсов на оборот обеспечивает прецизионное управление положением. Двигатели рассчитаны на эксплуатацию при температуре окружающей среды от 0 до 40 градусов Цельсия.
Соединение вала серводвигателя с винтом ШВП осуществляется через упругую муфту, компенсирующую радиальное и угловое несоосность в допустимых пределах. В станках Mazak применяются муфты мембранного или сильфонного типа, обеспечивающие нулевой люфт и высокую крутильную жесткость при минимальной радиальной нагрузке на опоры.
Ось B (наклон фрезерного шпинделя) в станках INTEGREX является критически важной для пятиосевой обработки. Mazak применяет собственный роликовый кулачковый механизм (roller gear cam), обеспечивающий безлюфтовое позиционирование с минимальным дискретом 0,0001 градуса.
Диапазон перемещения оси B составляет от -30 до +210 градусов (240 градусов) для серии INTEGREX i и до 150 градусов для вертикальных центров INTEGREX e-V и i-V. Точность позиционирования оси B вдвое превышает требования стандарта ISO по всему диапазону вращения.
Ось C (поворот токарного шпинделя) оснащается полнопериметральным дисковым тормозом, обеспечивающим жесткую фиксацию шпинделя при фрезерных операциях. Минимальный дискрет индексации оси C также составляет 0,0001 градуса. Обе оси B и C оснащены высокоточными угловыми энкодерами (шкалами) в стандартной комплектации.
Регулярное и правильное техническое обслуживание узлов перемещения является обязательным условием сохранения точности и ресурса станка. Основные регламентные операции включают следующие процедуры.
ШВП и линейные направляющие станков Mazak оснащены централизованной системой автоматической смазки. Смазочный материал (консистентная смазка на литиевой основе или масло) подается через дозаторы к точкам смазки в соответствии с программой ЧПУ. Необходимо контролировать уровень смазки в резервуаре и своевременно пополнять его. Применяемая марка смазки должна строго соответствовать рекомендациям производителя станка.
При длительной эксплуатации возможно снижение предварительного натяга ШВП из-за приработки контактных поверхностей. Признаком является увеличение люфта (мертвого хода), которое может быть обнаружено при проверке точности позиционирования. Периодический контроль люфта с помощью индикаторной стойки и сравнение с паспортными данными позволяют выявить необходимость регулировки или замены.
Защитные уплотнения (сальники, скребки) кареток направляющих и гаек ШВП предотвращают попадание стружки, абразивных частиц и СОЖ в зону контакта тел качения. Повреждение уплотнений приводит к многократному ускорению износа. Визуальный контроль уплотнений рекомендуется проводить при каждом плановом обслуживании.
Своевременная диагностика состояния узлов перемещения позволяет избежать аварийных простоев и поддерживать требуемую точность обработки.
Основными признаками износа шариковинтовой передачи являются: увеличение люфта (мертвого хода) сверх допустимых значений, появление шума или вибрации при перемещении оси, ухудшение шероховатости обработанных поверхностей, периодические ошибки позиционирования, фиксируемые системой ЧПУ. При замене ШВП в станках Mazak необходимо учитывать, что винт устанавливается с предварительным растяжением. Неправильная установка без учета величины растяжения приведет к снижению точности.
Износ направляющих проявляется в увеличении зазора между кареткой и рельсом, появлении люфта при боковом нагружении, неравномерности хода (рывки, заедания). Следует помнить, что при замене кареток необходимо использовать комплектующие того же класса точности и преднатяга, что и оригинальные. Рельс и каретки направляющих THK серии SRG являются разъемными компонентами, но замена только кареток без проверки состояния рельса может не устранить проблему.
В системе ЧПУ станков Mazak (MAZATROL) реализована функция компенсации накопленной погрешности шага ШВП (pitch error compensation). Таблица компенсации записывается при вводе станка в эксплуатацию на основании результатов лазерной интерферометрии. При замене ШВП эта таблица должна быть перезаписана на основании новых измерений.
Для обслуживания и ремонта станков Mazak Quick Turn и INTEGREX необходимы прецизионные комплектующие ведущих мировых производителей. Ниже представлены категории продукции, применяемой в узлах перемещения данных станков:
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Представленная информация основана на открытых технических данных производителей оборудования и комплектующих и предназначена для общего понимания конструкции узлов перемещения станков Mazak серий Quick Turn и INTEGREX.
Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия использования представленной информации для проведения ремонтных, диагностических или наладочных работ. Конкретные технические параметры, регламенты обслуживания и процедуры замены компонентов могут различаться в зависимости от модификации станка, года выпуска и региона поставки. При выполнении любых работ с оборудованием следует руководствоваться оригинальной технической документацией производителя и обращаться к квалифицированным специалистам авторизованных сервисных центров.
При подготовке статьи использованы следующие источники:
1. Yamazaki Mazak Corporation. Detail Specifications: QTN300-II/350-II MS/MSY (C333DA0011E, Rev. 2010). Техническая документация Mazak.
2. Yamazaki Mazak Corporation. INTEGREX i-H Series, INTEGREX i-NEO Series, INTEGREX i-500 Series, INTEGREX e-V Series. Официальные спецификации продуктов (mazak.com, mazakusa.com).
3. NSK Ltd. DIN Ball Screws for the Machine Tool Industry. Технический каталог NSK.
4. NSK Ltd. Machine Tool Spindle Bearing Selection and Mounting Guide. Каталог прецизионных подшипников NSK.
5. THK Co., Ltd. General Catalog: Caged Roller LM Guide Model SRG, LM Guide Model SHS. Техническая документация (thk.com).
6. THK Co., Ltd. Ball Screw General Catalog. Support Unit (модели EK/EF, BK/BF). Техническая документация (thk.com).
7. FANUC Corporation. AC Servo Motor alpha-i Series Descriptions (B-65262EN/06). Техническое руководство FANUC.
8. JIS B 1192-1:2018 / JIS B 1192:2013. Шариковинтовые передачи. Номенклатура, обозначения и условия приемки (гармонизирован с ISO 3408-1, -2, -3).
9. ISO 3408-3:2006. Ball screws - Part 3: Acceptance conditions and acceptance tests.
10. ISO 230-2:2014. Test code for machine tools - Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled axes.
11. ISO 492:2014. Rolling bearings - Radial bearings - Dimensional and geometrical tolerances.
12. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. - М.: Машиностроение, 1971. (Справочные данные по жесткости подшипниковых узлов и направляющих.)
13. Кудинов В.А. Динамика станков. - М.: Машиностроение, 1967. (Теоретические основы динамики шпиндельных узлов станков с ЧПУ.)
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.