Жесткость - способность сопротивляться оказываемым нагрузкам
Жесткость до известной степени нужна всем, потому что нагрузки оказываются на каждого. Станка особенно для обработки металла это первая характеристика. Чтобы соблюсти нужные размеры и не погнуться под огромной деталью, станок должен быть жестким. Сейчас узнаем что это значит.
Жесткость станка
На станок во время резания действуют всякие силы, кроме внешний, нерадивых работников, это ясно дело работающий двигатель и вес заготовки.
Заготовка давит на станок и стремится раздвинуть все препятствия, чтобы успокоившись улечься на твердую поверхность. Кроме того вращается деталь, или вращается инструмент и создает колебания. Все это прямо противоречит осознанному желанию работающего на станке чела получить из заготовки какую-то форму. И чем точнее форма детали из заготовки, тем сильнее заготовка сопротивляется ее из себя сделать.
Чтобы полностью контролировать заготовку и инструменты, станок должен быть жестким:
Жестким статически
Жестким под деталью, под собственным весом, под нагрузкой от перемещения стола и суппортов. Ведь инструмент срезая опирается на станок, потому станок должен быть успешной опорой для режущих инструментов, приспособлений и вообще.
Главная что делает станок статически жестким - станина.
Как повышают статическую жесткость?
Станины делают из чугуния в основном. Из стали но это редко и из бетона с гранитом.
Последнее время станины делают из искусственного камня. Пока лучшие, самые большие и тяжелые станины из чугуна. Технология чугуна отработана и обкатана сотнями лет. Литейщиками и еще ремесленниками в доисторических кузнях. Потому крайне дешева и очень предсказуема. Будто уютные домашние тапки, против новых дизайнерских грохотуль.
Но все активнее для станин используют:
Сталь сварную или литую
Сварную потому что не нужно лить
Бетон и сверхпрочный бетон
Потому что бетон проще сделать чем заливать чугун
Искусственный камень
Похожий на тот из которого заливают дорогие столешницы
Гранит, натуральный и ненатуральный
Из гранита в основном измерительные стенды. За самую высокую стабильность и почти полное отсутствие теплового расширения. Для режущих станков используют реже.
Полимер-бетон
Также известный как смолобетон, композитно-полимерный или бетон синтетический, подходит для станин и несколько легче чугуна. Но пока сложнее обрабатываются и стоят чуть дороже
Пока искал, оказывается в России ребята делают чпу станки из искусственного камня. Недавно саморганизовались. Они кста принимают на работу операторов, наладчиков, слесарей мастерских и конструкторов. Спрашивайте в комментариях😄Потому что это не реклама.
Статическая жесткость станка, величина прикладная. В физике это называется модуль упругости. Но все они сводятся к тому что: материал воспринимает нагрузку и никак не реагирует.
Модуль упругости значит то на сколько материал не реагирует. 😄Но это уже другая история
Итак: станина жесткая и воспринимает своей массой давление при этом давление все игнорирует. Но какая бы жесткая не была система, она всеравно будет колебаться вся целиком или в отдельных частях. Тут вступает другой игрок....
Динамическая жесткость
Возможность не дрожать, дребезжать, но поглощать колебания и оставаться непоколебимой, даже когда в теле станка все шевелится, двигается и крутится мощный двигатель
За динамическую жесткость отвечает демпфирующая способность материала станины и основания. А еще точный расчет всей конструкции и безупречная подгонка, балансировка каждого из узлов.
Балансировка значит чтоб ничего не колебалось лишний раз, тоесть массы вращающихся деталей были с со всех сторон уравновешены, и от этого система вибрирует меньше.
И так с каждой деталью и станком в целом.
Как повышают динамическую жесткость?
Возбуждают колебания с помощью возбудителя, выясняют какая частота колебаний у станка сейчас.
Делают собственные колебания частей станка, отличающимися от возникающих при работе.
Конкретно где то утолщают стенки, где то делают новые перемычки или изменяют материалы. Получается, балансировка как настройка пианино.
Так станок становится жестким и непоколебимым. Может работать на высоких режимах резания. Делает вещи быстрее.
Самые современные системы отслеживают колебания и самостоятельно обходят узкие места, повышая-понижая обороты и подачу и самостоятельно снижают риск колебаний. Если они все таки появились, после тестов и расчетов.
Из-за умных систем и балансировки, самые современные станки могут быть значительно меньше весом и компактнее размером, чем старые модели. Но производительностью только больше.
Как определяют жесткость?
Вообще жесткость разная - условности. Важна по факту жесткость в совокупности. Но это тоже не важно, важно как станок сохраняет размеры при нагрузке.
Чтобы выяснить жесткость, есть простой советский. Или не советский, главное чтобы динамометр.
Динамометром напрягают шпиндель и меряют на сколько шпиндель отклоняется под нагрузкой. Это и есть жесткость.
Хотя на сколько я понял, это величина крайне условная. Даже у серийных станков жесткость отличается на 30%. В книге про проектированию станков прочитал, так что не надо тут. И это без учета факта, в процессе резания, сила давления на станок колебается от:
Неоднородности материала -
Разной заточки -
Разных инструментов -
Потому конкретную жесткость определяют на практике. И при проектировании машин чтобы хоть на что-то опираться.
Самый простой способ определения жесткости: снять один проход: и вернуться ровно по этому же пути не отводя режущий инструмент. Если инструмент царапает деталь, значит ее отжимает, а значит не слишком то и жесткий.
Однако надо иметь ввиду, что некоторая нежесткость имеет место быть всегда. И как говорит моя практика, если снять 0,2 мм и на обратном пути инструмент не царапает поверхность, значит приемлемо. Что как раз совпадает с рекомендацией для чистового прохода.
Однако если все рассчитать, можно снимать с чистовом проходом несколько миллиметров, и сразу попадать в размер по h8. Нужна только практика.
Рассказывайте что у вас.
Как исправляют жесткость?
Как машина, если сошла с конвейера универсалом, сложно ей стать суперкаром. Так и тут, настроить станок 1970 выпуска на скорости подобные ЧПУ, уже не поучиться. Дешевле купить ЧПУ. Но кое что можно сделать
Все балансируют выбирают биения и люфты
Исправляют геометрию и прилегания
Не точить на станке слишком длинные и тонкие детали а переработать техпроцесс весь на корню и сделать детали жесткими и технологичными, для скорости обработки тоже вариант.
Специализировать оборудование и драть там где драть, а там где не драть, делать только все самое четкое и точное.
Словом это отдельная тема слесарей-ремонтников и наладчиков с технологами.
Итого: жесткость величина прикладная и постоянно теряется в процессе работы. Потому специализировать нужно станки, специалистов. За оборудованием следить и производительность ваша повысится.
Спасибо за внимание. Если остались вопросы, задавайте. Ставьте пальцы вверх и подписывайтесь. буду рассказывать вам всякое.