Точность обработки на станке: почему важно учитывать жесткость станины
RSSЖесткость станины металлообрабатывающего станка имеет критически важное значение для обеспечения высокой точности операций. Достаточно жесткое основание позволяет свести к минимуму количество и силу вибраций, которые происходят в процессе эксплуатации машины и негативно влияют на качество обработки деталей из металла. Отчего установка начинает вибрировать, почему важно принимать во внимание ее твердость и как производители делают конструкцию более жесткой – рассказываем в нашей статье.
От чего зависит вибрирование станка
Вибрация считается естественным явлением в процессе работы такой массивной конструкции, как фрезерный или токарный станок. Однако если она слишком выраженная, это может приводить к ухудшению точности обработки, раннему износу инструментов, излишней шероховатости обрабатываемых поверхностей. Чаще всего литая станина вибрирует по следующим причинам:
- Из-за колебаний, которые передаются от соседних станков через конструкции здания или грунт. В такой ситуации единственным способом разрешения проблемы является усиление перекрытий или фундамента.
- Вследствие колебаний, которые возникают из-за дефектов передач оборудования. Если зубчатая передача установки собрана некачественно, то в процессе эксплуатации устройства возникают периодические силы, которые передаются на подшипниковый узел и направляющие. Для устранения проблемы необходимо решить вопрос с неполадками ременной передачи.
- В результате колебаний, вызванных разбалансировкой вращающихся частей. Утрата стабильности может касаться как патрона, так и движущейся детали. Чтобы устранить вибрирование и повысить точность операций, следует выбирать подходящие настройки для обеспечения необходимого баланса вращающейся системы.
- Из-за собственных колебаний, возникающих во время точения, сверления или других операций на фрезерных, токарных и аналогичных станках. Именно в этом случае на первый план выходит качество узлов конструкции, а именно – жесткость сварной или литой чугунной станины. Чем она жестче, тем выше частота колебаний устройства и тем ниже вибрирование.
Как изготавливаются станины
Чтобы добиться необходимого уровня жесткости основания, производители оборудования уделяют повышенное внимание процессам обработки материалов. Для получения желаемой точности литая станина подвергается старению, которое в зависимости от выбранной технологии может быть естественным или искусственным.
Естественное старение
Метод естественного старения выбирают для производства оборудования с высокими требованиями к точности, в том числе с ЧПУ. Особенность процесса состоит в нагревании чугунной отливки, которое позволяет выровнять структуру материала и снять до 90% внутреннего напряжения. После термического воздействия, занимающего около 20 часов, заготовка литого основания подвергается механической обработке и отправляется на площадку для старения. Там она «вылеживается» под открытым небом в течение до 1 года. Благодаря этому можно добиться дальнейшего снятия напряжения, не влияя при этом на твердость материала. Процесс естественного старения является продолжительным и довольно затратным, поэтому его используют далеко не все машиностроительные предприятия.
Искусственное старение
Искусственное старение выбирается для отливок малых или средних габаритов. Литую станину предварительно помещают в холодную печь, затем нагревают до температуры около 550 °C и выдерживают при таком нагреве не менее 6 часов. Далее конструкция медленно охлаждается до температуры 250 °C. После этого печь открывают, чтобы дальнейшее охлаждение происходило на открытом воздухе. Особенность искусственного старения заключается в том, что в процессе происходит изменение микроструктуры чугуна, которое влияет на его свойства и характеристики.
Большинство предприятий ответственно подходят к вопросу изготовления жесткой несущей системы и предлагают пользователям качественное оборудование, которое практически не вибрирует при операциях. Характерным примером таких устройств являются токарные станки от бренда ArtTech, которые выбирают многие современные предприятия. Установки комплектуются массивным литым основанием и выполняют точную обработку деталей в соответствии с техническим заданием.
Как определяется жесткость сварной или литой станины
Чтобы определить параметры твердости чугунного основания, еще на этапе изготовления проводятся испытания. К платформе прилагают повышенную нагрузку, а затем измеряют уровень деформации, который произошел после приложения силы. Чем ниже степень повреждения, тем более жесткой и точной является основа токарного оборудования.
Для тестирования можно выбрать статический и динамический методы измерения деформации. В первом случае замеры производят при неподвижном состоянии конструкции, во втором – в процессе работы (к примеру, при резании детали из металла). Чтобы измерить деформацию, применяют различные приборы. Далее параметры твердости вычисляются по формуле.
В некоторых случаях испытания проводят уже в процессе эксплуатации токарного оборудования. Для этого измеряют амплитуду и частоту колебаний, которые возникают при динамических нагрузках. Чем ниже вибрирование при обработке изделий, тем более жестким является устройство. Если этот показатель излишне низкий, можно столкнуться с ошибками в форме и габаритах обрабатываемых изделий.
Как правило, показатели твердости несущей конструкции станочного оборудования являются постоянными. Аналогичные значения у отдельных соединений и деталей машины не отличаются стабильностью и могут меняться. Поэтому сделать устройство более жестким уже после приобретения можно только путем выявления податливых элементов и принятия мер по повышению их твердости до необходимых параметров.
Как сделать вибрирование менее интенсивным
Если токарное оборудование демонстрирует собственные колебания, для их устранения следует:
- Выбирать оптимальные характеристики точения или выполнять резание на повышенной скорости.
- Повышать твердость элементов системы СПИД (к примеру, снижать вылет инструмента на шпинделе или зажимать каретку).
- Выполнять балансировку элементов шпиндельного узла с зафиксированным в них изделием.
- Выбирать правильный режущий инструмент и осуществлять его корректную заточку.
Таким образом, жесткость токарного оборудования – это один из главных показателей работоспособности машины. Именно от данного параметра во многом зависит точность устройства под нагрузкой, которая достигается в сложившемся режиме эксплуатации. Чем менее жесткой является несущая система, тем выше погрешность в размерах обрабатываемой заготовки и тем менее точными считаются выполняемые операции.
