Содержание статьи
- Введение в шарико-винтовые передачи
- Характеристики станков СФ676
- Принципы работы поворотной головки с ШВП
- Специфика многокоординатной обработки
- Синхронизация осей в многокоординатных системах
- Компенсация люфтов при угловых перемещениях
- Системы точного позиционирования
- Практические применения и примеры
- Часто задаваемые вопросы
Введение в шарико-винтовые передачи в широкоуниверсальных станках
Шарико-винтовые передачи (ШВП) представляют собой высокоточные механизмы преобразования вращательного движения в поступательное, которые нашли широкое применение в современных станках с числовым программным управлением. В широкоуниверсальных станках серии СФ676 ШВП играют ключевую роль в обеспечении точного позиционирования рабочих органов и выполнении сложных многокоординатных операций обработки.
Особенность применения ШВП в широкоуниверсальных станках заключается в необходимости обеспечения синхронной работы множества осей при выполнении операций с поворотными головками. Это требует специальных решений для компенсации люфтов, температурных деформаций и обеспечения высокой повторяемости позиционирования.
Характеристики широкоуниверсальных станков СФ676
Широкоуниверсальный фрезерный станок СФ676 представляет собой современное решение для инструментальных и экспериментальных цехов. Станок обеспечивает возможность выполнения как горизонтальной, так и вертикальной обработки благодаря наличию двух шпинделей и поворотной вертикальной головки.
| Параметр | Базовая модификация | Модификация с ШВП | Единица измерения |
|---|---|---|---|
| Размер рабочего стола | 250×800 | 300×800 | мм |
| Перемещение по оси X | 630 | 630 | мм |
| Перемещение по оси Y | 250 | 250 | мм |
| Перемещение по оси Z | 400 | 400 | мм |
| Точность позиционирования | 0,05 | 0,01 | мм |
| Повторяемость позиционирования | 0,02 | 0,005 | мм |
| Максимальная скорость перемещения | 1500 | 3000 | мм/мин |
Применение ШВП в станках СФ676 позволяет значительно расширить технологические возможности оборудования. Особенно это проявляется при работе с поворотной головкой, где требуется высокая точность угловых перемещений и синхронизация с линейными осями.
Принципы работы поворотной головки с ШВП
Поворотная головка в станках СФ676 представляет собой сложный механизм, обеспечивающий вращение шпинделя вокруг горизонтальной оси. При оснащении системы ШВП достигается существенное повышение точности угловых перемещений и возможность выполнения непрерывной многокоординатной обработки.
Кинематическая схема поворотной головки
В современных модификациях станков СФ676 поворотная головка оснащается индивидуальным приводом на базе ШВП, что обеспечивает:
- Точность углового позиционирования до 0,001 градуса
- Плавную регулировку скорости поворота
- Возможность программирования сложных траекторий
- Компенсацию температурных деформаций
Расчет точности углового позиционирования
Дано: ШВП с шагом 5 мм, передаточное отношение редуктора 1:90
Расчет:
Угловое перемещение на один оборот винта = 360° / 90 = 4°
При разрешении энкодера 10000 импульсов/оборот:
Точность = 4° / 10000 = 0,0004° = 1,44 угловых секунды
Особенности конструкции червячной передачи с ШВП
В отличие от традиционных червячных передач, система с ШВП исключает самоторможение и обеспечивает возможность точного позиционирования в любом направлении. Это достигается за счет применения специальных конструктивных решений:
| Компонент системы | Традиционная конструкция | Конструкция с ШВП |
|---|---|---|
| Передаточный механизм | Червячная пара | ШВП + редуктор |
| Люфт в системе | 0,1-0,3° | 0,001-0,005° |
| КПД передачи | 60-70% | 85-95% |
| Самоторможение | Присутствует | Отсутствует |
| Возможность позиционирования | Ограниченная | Полная |
Специфика многокоординатной обработки
Многокоординатная обработка на станках СФ676 с поворотной головкой требует одновременного управления четырьмя или пятью осями. При этом система ШВП обеспечивает необходимую точность и синхронизацию движений для выполнения сложных технологических операций.
Виды многокоординатной обработки
На станках СФ676 возможны следующие виды многокоординатной обработки:
Позиционная 4-осевая обработка (3+1)
Заготовка последовательно устанавливается в различные угловые положения, после чего выполняется трехосевая обработка. Поворотная ось фиксируется во время резания.
Непрерывная 4-осевая обработка
Все четыре оси перемещаются одновременно, что позволяет обрабатывать сложные криволинейные поверхности за один проход.
5-осевая обработка с наклонно-поворотным столом
При дополнительном оснащении наклонно-поворотным столом возможна полноценная 5-осевая обработка с одновременным движением по всем координатам.
Преимущества ШВП в многокоординатной обработке
| Аспект | Преимущество ШВП | Технический эффект |
|---|---|---|
| Синхронизация осей | Высокая повторяемость | Точное выполнение траекторий |
| Динамические характеристики | Малая инерция | Быстрые разгон и торможение |
| Жесткость системы | Преднатяг ШВП | Отсутствие вибраций |
| Точность позиционирования | Линейная характеристика | Прогнозируемые погрешности |
Синхронизация осей в многокоординатных системах
Синхронизация осей в станках СФ676 с ШВП осуществляется на уровне системы ЧПУ и требует специальных алгоритмов управления. Основная задача заключается в обеспечении координированного движения всех осей для выполнения заданной траектории обработки.
Методы синхронизации
В современных системах ЧПУ для станков СФ676 применяются следующие методы синхронизации:
Временная синхронизация
Все оси начинают и заканчивают движение одновременно, при этом скорости рассчитываются таким образом, чтобы время перемещения было одинаковым для всех осей.
Расчет скоростей для временной синхронизации
Пример: Перемещение X=100мм, Y=50мм, A=45° за время T=10с
Скорость X: Vx = 100мм / 10с = 10 мм/с
Скорость Y: Vy = 50мм / 10с = 5 мм/с
Скорость A: Va = 45° / 10с = 4,5 °/с
Путевая синхронизация
Движение осей синхронизируется по пройденному пути, что обеспечивает постоянную скорость резания при обработке сложных контуров.
Системы обратной связи
Для обеспечения точной синхронизации в станках СФ676 с ШВП применяются высокоточные системы обратной связи согласно требованиям ГОСТ ISO 230-2-2016:
| Тип датчика | Разрешение | Точность | Применение |
|---|---|---|---|
| Энкодер на двигателе | 10000 имп/об | ±0,001 мм | Контроль скорости |
| Линейный энкодер | 0,1 мкм | ±0,001 мм | Позиционирование |
| Угловой энкодер | 0,001° | ±0,001° | Поворотные оси |
| Лазерный интерферометр | 0,01 мкм | ±0,0001 мм | Калибровка |
Компенсация люфтов при угловых перемещениях
Компенсация люфтов является критически важным аспектом работы поворотных головок с ШВП. Даже минимальные зазоры в передачах могут привести к значительным погрешностям обработки, особенно при смене направления движения.
Источники люфтов в системе
В поворотных головках станков СФ676 люфты могут возникать в следующих узлах:
- Шарико-винтовая передача (остаточный люфт при износе)
- Редуктор поворотной головки
- Подшипниковые узлы
- Муфты и соединения
- Упругие деформации элементов конструкции
Методы компенсации люфтов
Механическая компенсация
Преднатяг ШВП
Использование двойных гаек с регулируемым преднатягом позволяет полностью исключить осевой люфт в шарико-винтовой передаче. Величина преднатяга выбирается исходя из рабочих нагрузок и требуемой жесткости системы.
Программная компенсация
Современные системы ЧПУ обеспечивают программную компенсацию люфтов с учетом направления движения и нагрузки на привод:
Алгоритм компенсации люфта
При смене направления движения:
1. Определение величины люфта для данной оси
2. Добавление компенсирующего перемещения
3. Контроль достижения заданной позиции
Пример: Люфт поворотной оси = 0,005°
Компенсация = 0,005° × направление движения
Динамическая компенсация
Для обеспечения высокой точности при непрерывной многокоординатной обработке применяется динамическая компенсация, учитывающая:
| Фактор | Влияние на точность | Метод компенсации |
|---|---|---|
| Температурные деформации | ±0,01 мм/10°C | Температурные датчики |
| Упругие деформации | ±0,005 мм/100Н | Силовые датчики |
| Износ ШВП | ±0,002 мм/год | Периодическая калибровка |
| Динамические ошибки | ±0,001 мм | Адаптивное управление |
Системы точного позиционирования
Системы точного позиционирования в станках СФ676 с ШВП включают в себя комплекс аппаратных и программных решений, обеспечивающих высокую точность и повторяемость обработки.
Структура системы позиционирования
Современная система позиционирования включает следующие компоненты:
- Высокоточные ШВП класса точности C3-C5
- Сервоприводы с векторным управлением
- Системы обратной связи (энкодеры, линейки)
- Адаптивные регуляторы в системе ЧПУ
- Системы компенсации погрешностей
Методы повышения точности
Калибровка осей
Периодическая калибровка с использованием лазерного интерферометра позволяет определить и компенсировать систематические погрешности каждой оси. Процедура включает измерение погрешностей в 20-50 точках по всему ходу и построение карты коррекции.
Термокомпенсация
Система термокомпенсации включает датчики температуры на станине, шпинделе и ШВП. На основе температурных измерений рассчитываются поправки к координатам, компенсирующие тепловые деформации.
Практические применения и примеры
Станки СФ676 с ШВП и поворотными головками находят широкое применение в различных отраслях промышленности благодаря своей универсальности и высокой точности.
Типовые области применения
| Отрасль | Тип деталей | Операции | Требуемая точность |
|---|---|---|---|
| Авиастроение | Элементы двигателей | Контурное фрезерование | ±0,01 мм |
| Автомобилестроение | Штампы, пресс-формы | 3D-обработка поверхностей | ±0,02 мм |
| Инструментальное производство | Режущий инструмент | Заточка, профилирование | ±0,005 мм |
| Медицинская техника | Имплантаты | Чистовая обработка | ±0,01 мм |
Пример технологического процесса
Обработка турбинной лопатки
Заготовка: Титановый сплав ВТ6, размеры 150×50×15 мм
Операции:
1. Черновое фрезерование профиля (3 оси)
2. Чистовая обработка корыта (4 оси, непрерывное движение)
3. Обработка замка лопатки (5 осей с наклонно-поворотным столом)
4. Финишная обработка кромок (интерполяция всех осей)
Достигнутая точность: ±0,008 мм по профилю
Выбор и приобретение комплектующих для ШВП
При модернизации существующих станков СФ676 или создании новых многокоординатных систем критически важен правильный выбор компонентов шарико-винтовых передач. Современный рынок предлагает широкий ассортимент шарико-винтовых передач (ШВП) различных классов точности и типоразмеров. Для поворотных головок и многоосевой обработки наиболее востребованы винты ШВП SFU-R1605, винты ШВП SFU-R2005 и винты ШВП SFU-R2510, обеспечивающие оптимальное соотношение точности и нагрузочной способности.
Комплектация системы требует также тщательного подбора сопутствующих элементов: гайки ШВП 16 мм, гайки ШВП 20 мм и гайки ШВП 25 мм для различных осей станка. Особое внимание следует уделить выбору опорных подшипников - опоры ШВП BK и опоры ШВП FK обеспечивают необходимую жесткость системы и компенсацию люфтов. Для фиксации гаек применяются специальные держатели для гаек ШВП, которые гарантируют стабильность позиционирования в условиях переменных нагрузок при многокоординатной обработке.
Часто задаваемые вопросы
Источники информации
Статья подготовлена на основе технической документации производителей станков СФ676, актуальных стандартов ГОСТ ISO 230-2-2016 (заменивший ISO 230-2:2009), ГОСТ 8-82 (переиздание 1995 г. с изменениями), ГОСТ 1574-91 (действующий), JIS B 1192-1997 (классификация ШВП), научных публикаций в области прецизионного станкостроения, а также практического опыта эксплуатации оборудования на машиностроительных предприятиях.
Отказ от ответственности: Автор не несет ответственности за возможные последствия применения информации, изложенной в данной статье. Все технические решения должны приниматься квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий эксплуатации оборудования.
