Стругови машини с насрещен шпиндел

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 7/2015 • 18.12.2015

Стругови машини с насрещен шпиндел
Стругови машини с насрещен шпиндел
Стругови машини с насрещен шпиндел
Стругови машини с насрещен шпиндел
Стругови машини с насрещен шпиндел

Tрадиционната концепция на струговите машини с ЦПУ се състои от главен шпиндел, разположен отляво, и револверна глава, зад линията на центрите, в която се разполагат струговите инструменти. В предната част на шпиндела се монтира тричелюстен самоцентриращ патронник, в който се установява заготовката.

За обработване на по-къси детайли (дискове, фланци, главини) машините се изпълняват само като патронникови. Обработката на достатъчно дълги детайли (валове, оси и др.) изисква машините да са центрови - да притежават заден център, чрез който да се подпира свободният край на заготовката. Задният център се закрепва в пинолата на задното седло, което се разполага на линията на центрите срещу шпиндела.

Тази концепция се радва на успешна работа в течение на няколко десетилетия. Доразви се чрез идеята за задвижваните инструменти, благодарение на които се появи нов вид машини с ЦПУ - стругови центри. Освен традиционните инструменти за стругова обработка, в револверната им глава могат да се установяват самостоятелно задвижвани въртящи се инструменти (свредла, фрези, метчици и др.).

Така струговият център получава функционалността както на стругова, така и на фрезова машина с ЦПУ, което разширява много полето на приложението му. Отпада необходимостта от няколко отделни машини (стругова, фрезова, пробивна), цялата обработка се съсредоточава върху един стругов център.

 

Натрупаният опит открои някои недостатъци на струговите центри. Един от тях е сложното автоматизиране на манипулациите при преминаване от първата установка на заготовката към втората. След първата установка, на която се извършва основната част от обработката, заготовката трябва да се освободи от затягането, да се завърти на 180 градуса и да се закрепи отново в патронника, но чрез другия си край.

При втората установка обработката се финализира, като се обработват повърхнините, останали недостъпни за рязане при първата установка. Ако действията между двете установки се извършват ръчно, това води до значителна загуба на технологично време. Ако за целта се използва автоматизиращо устройство (манипулатор, робот), загубата на време намалява, но цената на машината нараства, увеличава се габаритът и заеманата производствена площ.

За преодоляване на този недостатък се прилага една сравнително нова концепция. В струговите центри, освен главният шпиндел, насрещно на него, по линията на центрите, на мястото на задното седло, се разполага втори шпиндел. Функцията на този насрещен шпиндел е да поеме от главния шпиндел обработената на първата установка заготовка и да извърши всички обработки, предвидени за втората установка.

Идеята бързо намери много добър прием сред потребителите поради безспорните си предимства. Технологичният процес вече не се нуждае от непосредственото участие на оператор при ръчните манипулации между двете установки. Отпада необходимостта от допълнителни автоматизиращи устройства. Всички действия се извършват от насрещния шпиндел. Така се получава едно много компактно решение, което е част от самата машина, програмира се като функция на машината и не води до нарастване на габаритите и заеманата производствена площ.

Насрещният шпиндел изпълнява две функции - на манипулатор и работен орган на машината. Изпълнението на първата функция (манипулатор) се осъществява от челюстите на разположения в предния му край патронник. Ролята на работен орган се гарантира от наличието на всички функции, присъщи на един стругов шпиндел.

Тъй като основният обем на обработката се реализира при първата установка, мощността на насрещния шпиндел обикновено е по-малка от тази на главния, но при някои концепции с повече револверни глави тази разлика изчезва.

Терминът „насрещен шпиндел” не е утвърден в нашата техническа лексика. Срещат се още синонимите „контрашпиндел”, „противовретено” и др. Същността на насрещния шпиндел трябва да се разбира по следния начин - това е втори шпиндел на стругов център, разположен съосно и симетрично спрямо главния, който изпълнява задачите да поеме обработената на първа установка заготовка от главния шпиндел и да я дообработи.

Необходимо е да се прави разлика между машините с насрещен шпиндел и двушпинделните. При двушпинделните идеята е за реализиране на паралелна обработка с цел повишаване на производителността - всеки шпиндел работи без технологична връзка с другия и без манипулиращата функция; обикновено двата шпиндела не лежат на една ос.

Концепция с една револверна глава
Тази концепция е базова и най-често срещаната и би могла да се нарече класическа за стругов център с насрещен шпиндел (фиг. 1). Главният и насрещният шпиндел извършват ротационното главно движение при струговите обработки със скорости на рязане VC1 и VC2. Но за работа със задвижваните инструменти шпинделите се превръщат в подавателна и установъчна кръгова ос съответно С1 и С2.

Револверната глава извършва подавателни и установъчни движения по осите X (напречно), Z (надлъжно), но все по-често и по ос Y (перпендикулярно на равнината XZ). Когато е налице пълният комплект от движения по осите, технологичното поле на приложение на струговия център се разширява значително.

Инструментите в револверната глава (стругови и задвижвани) са ориентирани така, че да обслужват едновременно главния и насрещния шпиндел. След като се извърши основната обработка на детайла в главния шпиндел (първа установка), по команда от управляващата програма насрещният шпиндел се придвижва по линията на центрите по ос Z1 до главния, с челюстите на патронника си захваща заготовката по обработена повърхнина, връща се в изходната си позиция (втора установка), револверната глава се позиционира при насрещния шпиндел и дообработва детайла. Поемането на заготовката може да се извърши и по време на работна ротация, като за целта честотите на въртене на двата шпиндела прецизно се синхронизират.

Насрещният шпиндел може да се използва и като заден център с цел обработката на дълги детайли. С негова помощ може да се изтеглят осово на необходимата дължина обработени на първа установка прътови заготовки и след това да се отрязват. Недостатък на тази концепция е престояването на единия шпиндел по време на работа на другия.

Концепция с две револверни глави 
Едната револверна глава са разполага зад линията на центрите, а другата е пред нея (фиг. 2). Получава се възможност за паралелна, едновременна работа, благодарение на която технологичните времена на работа на инструменти от едната револверна глава се съвместяват с времената от другата и производителността се увеличава.

Револверна глава 1 и револверна глава 2 работят едновременно при първа установка (силите на рязане са насочени една срещу друга, взаимно се уравновесяват и деформациите на заготовката намаляват), след което револверна глава 2 се премества на втора установка при насрещния шпиндел и довършва обработката; в същото време револверна глава 1 започва работата по първа установка на новата заготовка. Прилага се и друг цикъл - револверна глава 1 работи само на първа установка, а револверна глава 2 - само на втора установка.

Технологичните възможности на машината варират в зависимост от броя на осите на подавателното и установъчното движение на револверните глави. Изпълненията могат да са: и двете револверни глави се движат по X и Z; едната револверна глава (обикновено задната) има движения по трите оси X, Y и Z, другата само по X и Z.

Не често срещано решение е двете револверни глави да са от едната страна на линията на центрите - зад или пред нея. Прилагат се същите схеми на работа, но отсъства ефектът на взаимното уравновесяване на силите на рязане при едновременна работа на една установка.

Концепция с три револверни глави
Двете револверни глави са разположени зад линията на центрите, а третата е пред нея (фиг. 3). Работата е паралелна, със съвместяване на времената. Производителността нараства, тъй като основната обработка на първа установка се извършва едновременно от револверни глави 1 и 3, а револверна глава 2 работи през това време на втора установка при насрещния шпиндел.

Опциите могат да предлагат неочаквани възможности. Ако в револверна глава 3 се използва заден център или люнет, на втора установка може да се обработва и дълга заготовка.

Концепция с две напречни позиции на насрещния шпиндел
Насрещният шпиндел и пинолата със задния център се монтират в един корпус на шейна, която има две фиксирани позиции в напречно направление (фиг. 4). При едната (1) насрещният шпиндел не е съосен с главния и извършва обработката на втора установка. На линията на центрите лежи пинолата със задния център, който поддържа дългата заготовка на първа установка, затегната в главния шпиндел.

В тази позиция двете револверни глави могат да работят поотделно върху първа и втора установка, но могат да са ангажирани и едновременно върху едната от тях. В другата позиция (2) насрещният шпиндел застава на линията на центрите, за да прехвърли заготовката от първа установка във втора.

Концепция с наклоняваща фрезова глава и револверна глава
Когато делът на фрезовите операции нарасне, се търсят пътища за повишаване на производителността на фрезоването чрез по-високи режими на рязане. За целта е необходим фрезов шпиндел с достатъчни по големина конструктивни размери (диаметър под лагерите на предната опора, разстояние между опорите) за реализиране на необходимата мощност, въртящ момент, носеща способност, статична и динамична стабилност.

Поради стесненото пространство, в револверната глава това не може да се постигне. Решението се състои в монтиране на пълноценен фрезов шпиндел. Той се разполага в наклоняваща фрезова глава, извършваща кръгово подавателно и установъчно движение по ос В (фиг. 5). Заедно с това фрезовата глава се движи и по трите линейни оси X, Y и Z. Насрещният шпиндел се използва както за втората установка, така и за функцията на задно седло. Високата динамика и работоспособност на ос В се реализира чрез високомоментен двигател (torque motor).

Във фрезовия шпиндел могат да се установяват както стругови инструменти (б) (шпинделът заема ориентирано фиксирано положение), така и въртящи се инструменти (а) (фрези, свредла, борщанги, метчици и др.). Инструментите във фрезовия шпиндел се зареждат автоматично от разположения странично инструментален магазин.

Ако пред линията на центрите се монтира револверна глава, става възможно паралелното обработване, което е фактор за повишаване на производителността. Инструментите във фрезовата и револверната глава могат да работят по различни схеми в зависимост от технологичната необходимост - поотделно при главния и насрещния шпиндел или само върху единия от тях. На фиг. 5 е показан вариант, когато револверната глава изпълнява спомагателна функция - гнездото със заден център се използва за подкрепяне на центрови детайл в насрещния шпиндел.

Машините с фрезова глава притежават изключително широки технологични възможности, които надхвърлят представите за стругов център с насрещен шпиндел. Според повечето класификации те формират отделен вид металорежещи машини - многофункционални.

Други стругови машини с насрещен шпиндел
Идеята за автоматизиране на обработката на две установки чрез насрещен шпиндел се използва успешно и при вертикалните стругови центри. Прилагат се по специфичен начин концепции с две и повече револверни глави с оглед на обстоятелството, че главният и насрещният шпиндел са с вертикални оси.

Насрещен шпиндел притежават и някои надлъжно-профилни стругови машини с ЦПУ (swiss-type), който е необходим за двустранната обработка на детайли от прътови заготовки. Принципната особеност на swiss-type машините е разполагането на инструментите не в револверни глави, а в линейни магазини.

За пълното автоматизиране на обработката при две установки върху стругов център едно добро бюджетно решение е концепцията на насрещен шпиндел с една револверна глава.
При повишени изисквания към производителността, при широка номенклатура от сложни и разнообразни по форма и размери детайли следва да се предпочитат машините с две и три револверни глави. Колкото по-голям е броят им, толкова по-строги са изискванията към организацията на производството с цел максимално натоварване на машините.

Програмирането на обработката се усложнява от необходимостта да се осигури синхронизиране на работата на револверните глави, за да се избегнат непроизводителните престои за изчакване.

Когато производствената програма се състои от особено сложни ротационно-симетрични детайли, в това число и голямогабаритни, съчетани с множество обемно-профилни фрезови операции и обработки на различни видове отвори, правилният избор е многофункционалната машина с наклоняваща фрезова глава.

Основното нейно достойнство е изпълнението на напълно завършена високоточна обработка независимо от сложността. Тук производителността не е водещ показател - сравнително големите спомагателни времена при фрезовите глави (за смяна на инструментите) не издържат на конкуренцията на машините с револверни глави.

доц. д-р инж. Пламен Угринов

ЕКСКЛУЗИВНО

Top