Современные приводы порталов гравировально-фрезерных станков.
Содержание
1. Введение
2. Кинематические схемы приводов
3. Типы передач
4. Влияние условий эксплуатации передач на точность обработки
5. Расстояние между ползунами
6. Заключение
1. Введение
Еще два десятилетия назад область применения фрезерных станков в нашей стране ограничивалась в основном машиностроением. С вступлением российской экономики в эпоху рыночных отношений производители встали перед вопросом продвижения своей продукции в конкурентной среде. Интерес к изготовлению наружной и интерьерной рекламы, креативному оформлению офисов и торговых залов вызвал спрос на технологическое оборудование их создания. Удовлетворить насущную потребность рекламных компаний во многом удается за счет фрезерно-гравировального оборудования, дистрибуцией которого в России сегодня занимается ряд компаний.
2. Кинематические схемы приводов
Производители оборудования используют два вида кинематических схем привода портала фрезеров с использованием двух направляющих со скользящими по ним ползунами. Форма направляющих варьируется от простейшего цилиндрического стержня до сложных форм в виде призм различного сечения. Кинематические схемы отличаются способами приложения к порталу тягового усилия, требуемого для его продольного перемещения в процессе функционирования станка, и типом его передачи.
В первом случае тяговое усилие Fт прикладывается в одной точке в центре портала (центральное нагружение), что изображено на рисунке 1. Во втором, называемым краевым нагружением, усилие равномерно (Fт1 = Fт2) распределено между двумя точками, расположенными на краях портала, что требует наличия двух двигателей (рисунок 2).
Рис. 1 - Кинематическая схема с центральным нагружением  |
Рис. 2 - Кинематическая схема с краевым нагружением  |
С точки зрения надежности второй случай позволяет иметь меньшие упругие деформации ползунов вследствие малого изгиба портала. Такие деформации могут приводить к заклиниванию механизма, которое стоит понимать не обязательно как остановку, а как прерывистое движение, что существенно снижает точность оборудования. Однако, устранить изгиб портала можно и в первом случае, увеличив его жесткость. При равном изгибе портала в обоих вариантах точность позиционирования фрезы одинакова, поскольку определяется поступательной парой "направляющая-ползун", идентичной в первом и втором случае.
Обычно в схемах с краевым нагружением применяются два двигателя, что требует синхронизации их работы. Помимо этого на этапе монтажа или ремонта необходимо точно выставлять элементы привода с двух сторон станины относительно друг друга, что усложняет эксплуатацию фрезера. Использование такой схемы целесообразно в том случае, когда требуются большие тяговые усилия, с созданием которых единственный двигатель не справляется, а использование более мощного конструктивно неоправдано. Кинематическая схема с центральным нагружением этих недостатков лишена.
3. Типы передач
Традиционно для преобразования вращательного движения в поступательное используются реечная, винтовая и шарико-винтовая передачи. Винтовая передача является более примитивным типом по сравнению с последним, и в приводах портала фрезера не применяется.
Если сравнивать реечную и шарико-винтовую передачи (ШВП), то при использовании в механизмах точных перемещений предпочтение следует отдать последней. ШВП отличается высоким коэффициентом полезного действия (до 95 %), ее конструкция позволяет полностью выбрать зазор и создать предварительный натяг, обеспечивающий высокую осевую жесткость передачи. Минус использования ШВП заключается в использовании более мощного двигателя.
Реечная передача наследует недостатки зубчатых передач, частично преодолеваемые за счет использования косозубых колес и реек. Она дешевле, но имеет меньший срок службы и более прихотлива в монтаже и эксплуатации, нежели ШВП.
4. Влияние условий эксплуатации передач на точность обработки
Для точности обработки и надежности фрезерно-гравировальных станков немаловажным является защита механических передач от загрязнения. Попадание в процессе фрезерования на винт или зубчатую рейку стружки ведет к постепенной потере точности станка и повышенному износу кинематических пар. В связи с тем, что длина передач может достигать трех метров, прятать их в специальные защитные кожухи является нецелесообразным с конструктивной точки зрения. Было найдено простое и рациональное решение этой проблемы - убрать элементы механических передач под рабочий стол, куда стружка не попадает.
5. Расстояние между ползунами
При взаимодействии фрезы с обрабатываемым материалом последний сопротивляется крутящему моменту фрезы. Со стороны материала возникает ответный момент, который передается порталу и находит выражение в виде пары разнонаправленных радиальных сил в ползунах (рисунок 3). Большие значения этих сил в свою очередь могут вызывать изгиб направляющих и заклинивание механизма. 
Рис. 3 - Направление радиальных сил, действующих на направляющие со стороны ползунов
Для снижения радиальных нагрузок делают большим плечо за счет увеличения расстояния между ползунами с каждой стороны станка. Это также позволяет уменьшить влияние люфтов на соосность противоположных пар ползунов. Вместе с использованием самоустанавливающихся ползунов описанное конструктивное решение позволяет справиться с негативным действием ответного момента.
6. Заключение
В оборудовании, поставляемом в нашу страну, присутствуют различные комбинации кинематических схем и типов передач. Определение наилучшего фрезерно-гравировального станка является задачей многокритериального выбора. Ставя во главу угла только один факт, потребитель рискует упустить другие существенные моменты, которые в последствии снизят эффективность его производства. В этой статье были рассмотрены вопросы, касающиеся только приводов порталов фрезеров, и не стоит забывать, что есть еще различные варианты двигателей, систем управления и других подсистем. Только рассматривая ситуацию в комплексе, можно сделать взвешенный и правильный выбор.
Ветров Владимир Алексеевич, к.т.н.,
заместитель декана Факультета электроники
Московского государственного института
электроники и математики
|
