Стругови машини

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2014

Стругови машини

Въпреки че конвенционалните стругове все още се радват на широка популярност, с напредъка на технологиите мултифункционалните стругови центри в конфигурация с един или повече шпиндела се налагат като оптимално решение за множество операции по обработка на ротационни детайли.

С добавянето на допълнителни стругови шпиндели, въртящи се вретена в револверни глави, възможности за пробиване с контролирана скорост на шпиндела, фрезоване и дори шлайфане, струговете постепенно се превръщат в

комплексни стругови центри
Съвременните стругови машини могат да бъдат оборудвани с патронник, комбинация от патронник и център, както и прътоподаваща система със или без център на задното седло.
60% от стругованите детайли изискват захващане посредством патронник при обработка, като зареждането и отнемането на заготовките може да е ръчно или автоматично.

Патронниците захващат единия край на по-късите заготовки. Симетричните ротационни компоненти обикновено трябва да бъдат зареждани два или три пъти последователно, за да се обработят детайлите и от двете страни. Съвременните патронни стругови центри с два шпиндела (хоризонтални или вертикални) правят възможна цялостна двустранна обработка на детайлите, което в миналото налагаше използването на две или повече машини. Вече може едновременно да се обработват страна А и страна Б на детайла, както и две заготовки наведнъж.

Вертикални патронни стругове
Новите тенденции за производство на компоненти с максимално близка до крайния продукт форма правят мултифункционалните решения за металообработка изключително търсени. Обикновено хоризонталните патронни стругове с предно подаване се предпочитат за компоненти като главини, заготовки за зъбни колела, касети на диференциали и др., с диаметър до 200 mm.

Вертикалните патронни стругове се използват за обработка на по-тежки компоненти като маховици, а силата на гравитацията се използва за допълнително придържане на заготовката към патронника. Порталните зареждащи устройства се предпочитат за хоризонтални стругови центри с предно зареждане, за да подпомогнат зареждането, обръщането и разтоварването на заготовки. Новост в двушпинделните стругови технологии са съосните (коаксиални) хоризонтални стругови центри и струговите машини с помощен шпиндел.

Хоризонтални стругови центри с два шпиндела
При тези машини дясното вретено е съосно спрямо еквивалентното ляво вретено и поема директно детайла от него. Обикновено две револверни глави (по една за всеки шпиндел) извършват едновременна обработка. Най-подходящи за тези стругови центри са детайли, при които се извършват еднакви или сходни обработки в двата края и които изискват използването на ротационни инструменти за фрезоване и напречно пробиване.

Стругови машини с помощен шпиндел
Струговите машини със спомагателен шпиндел са оборудвани с второ вретено с много по-малък капацитет от основното. Помощното вретено поема детайла от главния шпиндел. Тези машини могат да бъдат конфигурирани с от една до три револверни глави и разнообразие от други инструменти.

Струговите машини с помощен шпиндел и цифрово управление са най-подходящо решение за детайли, при които единия край изисква значително по-лесна обработка от другия, което е и най-често срещаният случай. Актуална тенденция при тези машини е спомагателното вретено да е с около половината от капацитета на основното вретено.

Времето за обработка при такива конфигурации е с 20 до 30% по-малко в сравнение с конвенционалните двушпинделни стругови центри. Когато ги сравняваме с две отделни машини с цифрово управление, струговете със спомагателен шпиндел осигуряват до 30-40% по-кратки времена за обработка.

Модерните системи за управление синхронизират втория шпиндел с първия изключително прецизно, за да позволи компоненти с некръгла форма да бъдат премествани между шпинделите при високи обороти. Системата за управление осигурява и подходящия затягащ момент и натиск от втория шпиндел към детайла, захванат в първия шпиндел, за да се извърши трансфера му без излишно натоварване на първото вретено.

Обърнати вертикални стругови центри
Напоследък на пазара навлиза ново поколение обърнати вертикални стругови центри. Тези машини са подходящи за едросерийно производство на детайли с диаметър 200-500 mm като ротори, главини, барабани и зъбни колела. Подвижното интегрално моторно вретено захваща детайла отгоре, а силата на захващане се противопоставя не само на центробежните и режещи сили, но също така и на гравитацията.

Обърнатите вертикални стругови центри елиминират нуждата от подаващо/зареждащо устройство, като поемат и разтоварват детайла директно от конвейера. Работната скорост на трансфер от момента на захващане до стартирането на обработката обикновено е не повече от пет секунди, за разлика от 15 до 20 сек. при трансфер с портални подаващи устройства.

Мултифункционални конфигурации
Днес на пазара са достъпни множество конфигурации от различни производители, извършващи две операции за обработка. Съществуват вертикални варианти с два шпиндела, които използват комбинация от обърнато вретено за първата обработваща позиция и конвенционално ориентирано вретено за втората.

Високоскоростните стругови центри с ЦПУ постепенно изместват многошпинделните машини, дори при едросерийни производства. Различните профилни инструменти биват заменени от единични мултифункционални варианти, които могат да реализират всякакви форми. Специални пластини/вложки се изискват само за прорязване на резби и канали.

За по-дълги цилиндрични детайли (например валове) подходящо решение са стругови центри, оборудвани с люнет, който държи обработвания детайл между предното и задното седло. Използват се различни типове оборудване за задържане на детайла. За компоненти с неконвенционална форма, като шарнири и носачи от системи за предно окачване на леки или тежкотоварни автомобили, се монтират специални захващащи модули на предното седло.

Валове с достатъчна опорна площ в двата края могат да бъдат обработвани наведнъж с преден държач и център на задното седло. Четириосните стругови центри стават все по-привлекателни за индустриалните производители. Тези машини имат две револверни глави, като всяка една се движи независимо от другата по отделен комплект напречни шейни.

Инструментите на четириосните стругови центри с ЦПУ и две револверни глави работят едновременно и на двете позиции, като така значително намаляват времената за обработка. CNC струговите машини със задвижващ център са друга машинна конфигурация за едновременна обработка на двата края на цилиндрични детайли (например валове).
Съвременните стругови центри могат да извършват практически

всякакви операции по обработка
включително обработка на резби, полиране и дори цилиндрично шлифоване. С добавянето на автоматични инструменти в револверната глава и контролирана ос на ротация на обработващия шпиндел, вторичните операции като фрезоване, пробиване и др. могат да бъдат планирани в едно и също зареждане на детайла в машината. Този тип машини могат да струговат, фрезоват и пробиват успоредно или перпендикулярно на шпинделната ос. По-рядкото местене/презареждане на детайла автоматично спомага за повишаване на качеството.

Мултифункционалното струговане има много предимства, сред които са по-рядкото местене/обръщане/презареждане на детайла, по-малкото необходими инструменти за обработка и захващане, и по-високата прецизност на детайлите, както и равномерната производителност.

Концентрирането на всички нужни операции на едно място, вместо пренасяне на детайла от машина на машина, води и до предотвратяване на загубите на важна информация за детайла. По-малкият брой механични операции върху детайла (захващане, зареждане, разтоварване) води и до по-малка опасност от повреждането му. Съвременните стругове са се развили дотолкова, че спокойно могат да бъдат наричани

обработващи центри с функции за струговане
При тях една металообработваща машина извършва накуп множество операции, за които доскоро бяха необходими 5-осни обработващи центри и няколко струговащи машини.
Изпълнението на много задачи от една машина, което беше подходящо само за малки и средни производства, постепенно се пренася и в много по-мащабни приложения, изискващи високоскоростна обработка и изключително бърза смяна на инструментите.
Разбира се, развитието на струговите центри следва тенденцията

обработваните компоненти да стават все по-сложни
За да постигнат по-високо качество и здравина,проектантите все по-често се опитват да създават цели детайли с комплексна структура, които в миналото са били произвеждани като сглобени единици от няколко отделни компонента. В някои конфигурации се комбинират ротационно симетрични и призматични повърхности.

Дадени модели модерни стругови центри позволяват с едно захващане да се обработват обли и призматични повърхности, изискващи както радиална, така и аксиална обработка, без да е необходима друга машина. В допълнение към традиционните X- и Z-оси, съвременните стругови центри могат да включват и ротационна С-ос, Y-ос (която позволява ход на напречната шейна извън центъра), а напоследък и B-ос, която прави възможно накланянето на револверната глава или инструмента към обработвания детайл.

Някои производители интегрират в съвременните стругови центри автоматични системи за смяна на инструментите, които могат да боравят с над 100 инструмента. Основна цел е детайлите да се обработват до максимална готовност от една и съща машина, вместо многократно да се зареждат, захващат и преместват на множество машини.

Високоскоростно струговане
Повечето съвременни приложения не изискват скорости на струговане, по-високи от 6000 об./мин. При прекалено високи центробежни сили и скорости в основен проблем се превръща осигуряването на безопасността. Изхвърчането на детайли от патронника при високоскоростна обработка може да доведе до сериозна опасност за оператора и оборудването.

Дори при добре проектирани и балансирани патронни стругове за високоскоростна обработка, опасност все пак съществува. Ето защо корпусите на машините трябва да бъдат изключително здрави и устойчиви на удар. Съвременните тенденции в струговането клонят към повишаване на скоростта на шпинделите за по-висока производителност. Струговането на трудни за обработка материали, производството на компоненти с максимално близка форма до крайния продукт и диамантеното струговане на алуминиеви детайли (например бутала) изискват все по-високи скорости.

Високоскоростната обработка генерира и повече топлина, а това налага използването на охлаждаща течност под налягане, която да поддържа обработваната повърхност студена и без стружки. Охлаждащите системи с високо налягане обаче често водят до отмиване на смазката на патронника по време на обработка и попадане на стружки и замърсявания върху подвижните части на патронния струг.

Решение за такива ситуации е напълно уплътнен/капсулован патронник, който не изисква поддръжка и е снабден с бързо сменящи се челюсти за по лесен преход между отделните детайли.

С развитието на струговането в наши дни
значително се подобрява и прецизността на операциите, благодарение на множество иновации, въведени от различни производители. С данните от различни измервателни устройства, поставени на ключови места по оборудването, може да бъде съставена “термокарта” на машините, информацията от която да бъде използвана за компенсиране на температурните проблеми.

Здравината на машините също се подобрява с новите технологии, включващи нови материали и конструкции, осигуряващи по-добро гасене на вибрациите или намаляващи вибрациите като цяло. Подобренията в технологиите на струговане водят до оптимизиране качеството на обработените повърхности, както и до значително удължаване на експлоатационния период на инструментите в сравнение с конвенционалните решения.

Ще се отнася до точността при обработката, вече са лесно достижими допуски по-малки от 25 микрона. Възможно е струговане със скорост от 20 000 об./мин. с 4,5-секундно време на ускоряване и време на спиране от 3 секунди. Циклите на обработка при съвременни стругови центри за високоскоростна обработка са около 3 пъти по-кратки от тези при конвенционалните стругове.

Модерните стругови машини с ЦПУ позволяват фино струговане, което елиминира нуждата от вторични операции за подобряване на качеството на обработваната повърхност като шлайфане. Това се постига посредством отделна програма за фино струговане или чрез високоскоростна обработка с високопроизводителни инструменти. При производство на спирачни дискове например, вече няма нужда готовите детайли да се подлагат на шлайфане след струговането.

Top