Двуколонни обработващи центри

Начало > Машини > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 2/2024 > 09.04.2024

  • Двуколонните обработващи центри комбинират прецизност, стабилност и гъвкавост с широки възможности за многоосна обработка

  • Подходящи са за изключително широк диапазон от операции и работни режими с помощта на съответната окомплектовка

  • П-образната конфигурация на рамката осигурява многократно по-здрава опора за шпиндела и режещия инструмент

 

Обработващите центри понастоящем са най-усъвършенстваните машинни конфигурации за металообработка на пазара. Те се характеризират с високо ниво на автоматизация и предлагат широки възможности за прецизно и високоефективно изпълнение на различни работни операции с централно програмно управление, като фрезоване, пробиване, прорязване на канали, струговане и др., на една и съща машина.

Потребителите в сегмента непрекъснато търсят нови възможности за повишаване на производителността, както и за съкращаване на производствените цикли и понижаване на разходите за единица продукция. Оптималните решения включват комбинация от подобрена точност и стабилност, дори при обработката на тежки и едрогабаритни детайли. В отговор на пазарното търсене все повече производители добавят към каталозите си двуколонни модели обработващи центри, които гарантират на цеховете и предприятията множество ползи. Те са отличен избор за производството на сложни и големи изделия с комплексни геометрии, изискващи по-големи натоварвания, по-висока механична устойчивост и по-малки допуски при размерите.

 

Какво представляват двуколонните центри

Както подсказва името му, конструкцията на двуколонния обработващ център включва две колони, между които се движи шпинделът. При различните варианти се използват комбинации от подвижни колони и статична работна маса или фиксирани колони с подвижна маса. И в двата случая П-образната конфигурация на рамката осигурява многократно по-здрава опора за шпиндела и режещия инструмент в сравнение със стандартните машини с C-образна конструкция. Това позволява обработката на по-големи и тежки детайли от тези при конвенционалните едноколонни модели, както и на значително по-труднообработваеми материали.

Двуколонните конфигурации, познати още като портални, са особено ефективни при намаляване на вибрациите по време на високоскоростна обработка благодарение на симетричното разположение на носещите греди, което допринася за по-прецизно и висококачествено рязане. Подходящи са за изключително широк диапазон от операции и приложения с помощта на различна окомплектовка, включително 5-осна обработка и интензивни режими на металорязане, като същевременно комбинират висока прецизност и стабилност. Ето защо тези системи намират обширно приложение в редица взискателни индустрии, включително машино-, корабо- и автомобилостроенето, авиокосмическия сектор, изработката на щанци и матрици в инструменталното производство, производството на минна техника, оборудване за секторите на металургията, нефтено-газовата промишленост и петрохимията, компоненти за вятърни турбини и други големи съоръжения в сферата на енергетиката и т. н.

Двуколонните центри са отличен избор за рязане и обработка на едрогабаритни детайли за тежката индустрия, както и за производство на някои от най-често използваните в съвременните цехове машини, като тези за струговане, фрезоване и леене на пластмаси. В списъка с подходящи задачи за двуколонните обработващи конфигурации са още фрезоването на огромни отвори за изработки на врати и прозорци, както и разнообразни пробивни и фрезови операции с цел последващо интегриране на ВиК и електрически инсталации в метални конструкции.

При редица производители разработването на двуколонни центри е естествен резултат от търсенето на стратегии за разширяване на работната зона на машините. Огромната и тежка конструкция на тези системи увеличава капацитета им да обработват детайли със значително по-големи размери от този при едноколонните модели. Базовият дизайн включва две колони с напречна греда или релса, разположена върху тях, които поддържат главата на шпиндела и една от осите. Голямото тегло на едрогабаритните заготовки на практика се носи само от една ос. Така другата подвижна ос вече не се нуждае от мощен двигател или сложна механична конструкция, която да поддържа едрокалибрените детайли. С този подход се постига значително по-голяма работна зона с по-ниски разходи за разработка и производство на самата машина. Центърът на шпиндела, където се прилага по-голямата част от силата на рязане, е близо до оста Y. Това увеличава здравината и стабилността и спомага за постигането на много по-тесни допуски при размерите, като същевременно позволява на машината да работи при оптимална скорост на рязане.

 

Конструкция и компоненти

Двуколонната конструкция цели осигуряване на по-голяма стабилност на установката в комбинация с елиминиране на рисковете от възникване на механично напрежение и деформации, които биха повлияли негативно качеството на обработваните детайли. Основна характеристика на двуколонните центри са големите им габарити. Дизайнът значително се различава от този при конвенционалните обработващи центри и по това, че основната ос на машината е перпендикулярна на работната маса. При голяма част от моделите в този сегмент фрезовата глава е монтирана върху и се движи в хоризонтално направление (по оста Y) по дължината на порталната конструкция, поддържана от двете колони. По оста Z главата може да се движи нагоре и надолу. Порталният механизъм на масата на обработващия център следва траектория по оста X, което улеснява товаренето и обработката на големи и тежки заготовки.
Има и друг популярен подход при конфигурирането на машини от такъв тип – с две подвижни отвесни колони, поддържащи напречната греда за обработващата глава, които се местят около фиксирана работна маса. При този дизайн могат да се постигнат значително по-високи скорости по трите оси, както и поддръжка на детайли с още по-голямо тегло.

Двуколонните обработващи центри са предназначени за многоосна обработка на заготовки от различни ъгли с една настройка. Така всички операции, които е необходимо да се извършат върху детайла в процеса от заготовката до готовото изделие, могат да бъдат интегрирани в програмата за един цикъл на обработка. Автоматизирана система за смяна на главите и избор измежду 40, 60, 80 и дори повече позиции в инструменталния магазин позволява лесен и бърз преход между широк набор от операции.

Работната маса при двуколонните центри с ЦПУ достига размери от 3 – 4 m в дължина, а товароносимостта е от порядъка на до 5 – 6 и повече тона. Пазарът предлага както по-компактни, така и по-големи и мощни конфигурации в зависимост от изискванията на приложението. Твърди наклонени предпазни панели и стружкоотвеждащи конвейери, монтирани от двете страни на масата, осигуряват достатъчно и ефективно отстраняване на стружките, дори при високи темпове на отнемане на материал от детайла. С помощта на ротационни маси и палетни системи се осигурява обработката на множество различни стени на детайла с едно захващане. Скоростта на обработващи шпиндел варира от няколкостотин до 10 – 20 хил. оборота в минута, а мощността – до 50 – 75 и повече конски сили.

 

Ключови характеристики и преимущества

Подобно на останалите типове обработващи центри, и двуколонните конфигурации разчитат на компютъризирано цифрово управление, което позволява значително по-бърза обработка и високоефективно серийно производство на много по-големи количества детайли с по-високо качество на крайните повърхности в сравнение с конвенционалните металообработващи машини. Отличната стабилност и точност на тези системи, високата степен на автоматизация и съвременният дизайн значително намаляват загубите на материал и ресурси и правят възможна практически непрекъснатата работа с минимална човешка намеса и изключително кратки времена на работните цикли.

Най-специфичното предназначение на двуколонните центри е обработката на тежки и едрогабаритни детайли, при които са необходими много по-високи темпове на отнемане на материал от тези при стандартните мало- и среднокалибрени заготовки. Приложения, като авикосмическата индустрия и машиностроенето, налагат и допълнителни изисквания за здравина, механична устойчивост и ефективност поради необходимостта от работа с по-твърди и труднообработваеми материали. За целта се използват специализирани инструменти и покрития, както и подсилени шпиндели с повече на брой зъбни предавки и по-високи скорости.

Освен многократно по-висока механична стабилност, двуколонните обработващи центри гарантират и до 10 пъти по-добра термична устойчивост в сравнение с конвенционалните C-oбразни рамки. Топлината влияе линейно на симетричната П-образна конструкция, като машината също се разширява само в линейно направление, позволявайки отклоненията в размерите да бъдат компенсирани по електронен път от ЦПУ блока.
Сред най-ефективните модели обработващи центри са т. нар. преконфигурируреми (reconfigurable) модели, които позволяват промяна на настройките от страна на оператора в реално време или в хода на съответната програма за обработка, без да е необходимо спиране на работния процес. Това прави възможно постигането на максимална гъвкавост при комбинирането на различни операции и инструменти.

В категорията на двуколонните обработващи центри попадат и хибридни конфигурации, съчетаващи предимствата на двуколонна фрезова машина и вертикален обработващ център. Те съчетават стабилността, здравината и прецизността на П-образната рамка с високата скорост, гъвкавост, динамика и ефективност на вертикалната обработка.

Основно предимство на двуколонните центри са комплексните им възможности за обработка на огромно разнообразие от детайли в различни режими, включително 3- и 5-осно металорязане. Посредством обработка по пет оси се изработват изключително сложни и нестандартни геометрии, които биха били трудно изпълними или напълно невъзможни за други типове машини.

Намалените по брой и времетраене настройки при двуколонните центри значително намаляват риска от грешки при работните параметри, недобро подравняване, излизане извън рамките на допустимите толеранси и бракувани детайли. По-малко настройки на практика означава и по-малко престои, следователно оползотворяване на по-голяма част от машинното време за реална обработка. В дългосрочен план това води до икономия на значително време и средства, увеличава производителността и намалява общите оперативни разходи.

Макар цената на двуколонните обработващи центри традиционно да е доста по-висока от тази на конвенционалните модели, както и на други металообработващи машини, множеството им преимущества по отношение на прецизността и качеството на крайните повърхности компенсират това с течение на времето, а инвестициите се възвръщат максимално бързо. Нещо повече – намалените вибрации водят до по-малко износване на критични машинни компоненти, което позволява значително по-дълъг експлоатационен живот.

 

5-осна обработка на двуколонни центри

Двуколонните центри могат да бъдат окомплектовани за 5-осна обработка, която сериозно увеличава възможностите им във връзка с гъвкавостта и времевата ефективност. В 5-осен режим машината движи едновременно обработващия инструмент и/или заготовката в 5 различни равнини/посоки, което прави възможно достъп до всяка стена на детайла от всеки ъгъл. Към трите стандартни оси на движение на инструмента се добавят и две ротационни – на шпинделната глава.

Процесът типично започва с изготвянето на CAD модел на изделието, което ще се произвежда. Моделът се преобразува в ЦПУ програма в CAM софтуер, който генерира специфични инструкции за работните траектории на инструмента. Заготовката сигурно се захваща към ротационна маса, която позволява нейното свободно завъртане и накланяне. Програмата се зарежда в контролния блок на машината и обработката може да стартира.

Работата в 5-осен режим позволява оптимално оползотворяване на капацитета на двуколонните центри и много по-висока производителност с минимални по продължителност и брой работни цикли и сравнително ниска цена за единица продукция. 5-осната обработка носи особено ценни ползи във взискателни индустрии и приложения, които налагат изработката на комплексни геометрии. Такива са инструменталното производство, автомобилостроенето, машиностроенето, медицинската техника и т. н. Възможностите да се прилага високопроизводителна 5-осна обработка и на специални инженерни сплави улеснява и оптимизира технологичните операции в цеховете за компоненти за двигатели, турбини, сложни матрици, протези и други специфични изделия.

Програмирането за 5-осна обработка на един и същи двуколонен център, традиционно използван за работа в 3-осен режим, обикновено е по-сложно и би могло да се стори трудно на операторите с по-малък опит. Разработчиците на специализиран CAD/CAM софтуер през последните години активно адресират този проблем, лансирайки на пазара цялостни платформи за оптимизиране и управление на процеса, които улесняват потребителите чрез предварително конфигурирани стратегии и режими, удобни за комбиниране функционални блокове и модули и множество спомагателни софтуерни инструменти.


Вижте още от Машини


Ключови думи: обработващи центри, двуколонни центри, металообработка, металообработващи машини, автоматизация, комплексни геометрии, 5-осна обработка



Редактор на статията:

Пепа Петрунова

Пепа Петрунова

Редактор

  • Завършва специалност "Журналистикa" в СУ "Св. Климент Охридски";

 

  • Заема длъжността редактор "Списания" от 2013 г.;

 

  • Разполага с над 15 години опит в разработването на оперативни материали и технически статии в широк кръг от тематични области.

 

Пепа Петрунова в LinkedIn

Top