Методы перемещений, применяемые на токарных станках с ЧПУ

Суппорт

Подвижная часть станка, которая перемещается по направляющим, называется суппортом. Суппорт приводится в движения за счёт преобразования вращательного движения в линейное. И вот тут образовывается главная проблема станков. Так как точность один из важнейших параметров станка, то и точность линейных перемещений его компонентов должна быть очень высокой. Чтобы понять, почему это является проблемой, стоит разобраться, как устроена механика перемещения. 

Итак, у нас есть направляющие, которые обеспечивают плавное линейное перемещение и есть суппорт, который крепиться к танкеткам, которые перемещаются по направляющим. Необходимо заставить двигаться всю конструкцию плавно и точно. 

На сегодняшний день есть два основных метода, перемещений, применяемые на токарных станках с ЧПУ

Серводвигатель - это электродвигатель, который способен очень точно поворачивать свой вал на определённый угол с возможностью отслеживать положение своего вала. Шарико-винтовая передача представляет собой винт с очень точно нарезанной резьбой, профиль, который является усеченным кругом. Гайка имеет точно такой же профиль резьбы, а между гайкой и винтом циркулируют стальные шарики.

Такая конструкция имеет ряд преимуществ:

-Низкие потери на трении

-Минимальные люфты

-Высокая точность позиционирования

Из недостатков шарико-винтового способа передачи самым существенным стоит отметить отсутствие удержания при осевой нагрузке. Иными словами, если приложить усилие вдоль оси, то винт ШВП начнет вращаться, а гайка свободно перемещаться вдоль вала.

Основные типы шарико-винтовых конструкций, применяемых в металлообрабатывающих станках

Общепринятым считается классификация по DIN 69051, которая делит ШВП по назначению и по точности.

По назначению ШВП делят на: 

-Транспортировочные

-Позиционные

По точности ШВП делят на 6 классов: С0, С1, С3, С5, С7, С10.

Градация класса точности такая: 10 класс точности самый грубый (транспортировочный), 0 класс точности самый точный. На станках с ЧПУ используются ШВП с классом точности от С0 до С5. Соответственно, чем выше точность ШВП, тем лучше общая точность самого станка. Но важно понимать, что ШВП это хоть и очень важный, но далеко не единственный компонент, который отвечает за точность станка. Поэтому если взять ШВП класса точности С0 и использовать его совместно с компонентами более низкого класса точности, это не обеспечит высокую точность станку, которая может быть достигнута с таким ШВП.

Итак, решения, где используется серводвигатель и ШВП, которая может преобразовать вращательные движения в поступательные с высокой точностью используются на 80-90% оборудования, которое представлено на рынке. 

2. Второй метод - линейные двигатели.

Этот метод не требует преобразовывать вращательные движения в поступательные.

Линейный двигатель представляет собой обычный электродвигатель, но статор этого двигателя как бы развернут на всю длину перемещений, а ротор является подвижным элементом.

    Перемещение происходит за счёт смещения магнитного поля, собственно, как и в обычном двигателе, с той только разницей, что перемещение не вращательное, а поступательное. Так как в таком типе двигателя нет вала, то отслеживание положения осуществляется оптическими линейками.

Подобное решение во многом превосходит классический вариант с ШВП. Вот главные преимущества данного механизма:

- Отсутствие механического взаимодействия как с ШВП исключает износ, а как следствие -потерю точности оборудования.

- Скорость перемещений значительно выше, чем у ШВП, так как отсутствует какая-либо редукция (правда это не всегда справедливо, есть высокоскоростные ШВП, которые способны обеспечить сопоставимую скорость перемещений, но от этого страдает точность).

- Высокая точность позиционирования, которая обеспечивается за счёт полностью замкнутой системы слежения (оптические линейки).

- Отсутствие температурных расширений также положительно сказывается на точности оборудования.

- Для замены двигателя не требуется полностью разбирать узел и совершать сложных манипуляций. Так же возможна частичная замена вышедшей из строя части обмотки.

Из недостатков можно отметить лишь относительно высокую стоимость. Иных недостатков не выявлено.

Подводя итог: применение линейных двигателей на данный момент времени не является достаточно распространенной тенденцией. На токарных станках встречается крайне редко и, как правило, на одной оси.

Подробнее принципах работы токарного оборудования.