eng
Выпуск #5/2019
И.В.Яминский, А.И.Ахметова
Обрабатывающий центр с автоматической сменой инструмента
Обрабатывающий центр с автоматической сменой инструмента
Просмотры: 3043
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.5.276.279
Разработка малогабаритного обрабатывающего центра с возможностями промышленного фрезерного станка становится хорошей альтернативой продуктам иностранных концернов в области учебного оборудования. Большое количество разнообразных операций, выполняемых с одной установки заготовки в станок, и автоматическая замена инструмента без участия оператора повышают точность обработки, снижают стоимость изделий, экономят время и являются наглядным пособием для участников обучающих курсов по работе с оборудованием, максимально приближенным по функционалу к полноразмерным промышленным решениям.
Разработка малогабаритного обрабатывающего центра с возможностями промышленного фрезерного станка становится хорошей альтернативой продуктам иностранных концернов в области учебного оборудования. Большое количество разнообразных операций, выполняемых с одной установки заготовки в станок, и автоматическая замена инструмента без участия оператора повышают точность обработки, снижают стоимость изделий, экономят время и являются наглядным пособием для участников обучающих курсов по работе с оборудованием, максимально приближенным по функционалу к полноразмерным промышленным решениям.
Теги: automatic tool changer cnc digital production machining center milling machine автосмена инструмента обрабатывающий центр фрезерный станок цифровое производство чпу
И.В.Яминский1, 2, 3, д.ф.-м.н., проф., генеральный директор Центра перспективных технологий, директор Энергоэффективных технологий (ORCID: 0000-0001-8731-3947), А.И.Ахметова1, 2, 3, инженер НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ, ведущий специалист Центра перспективных технологий и Энергоэффективных технологий (ORCID: 0000-0001-6363-8202) / yaminsky@nanoscopy.ru
I.V.Yaminsky1, 2, 3, Doctor of Sc. (Physics and Mathematics), Prof., Director of Advanced Technologies Center, Director of Energy Efficient Technologies, (ORCID: 0000-0001-8731-3947), А.I.Аkhmetova1, 2, 3, Engineer of A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Leading Specialist of Advanced Technologies Center and of Energy Efficient Technologies, (ORCID: 0000-0001-6363-8202)
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.5.276.279
Получено: 02.08.2019 г.
Разработка малогабаритного обрабатывающего центра с возможностями промышленного фрезерного станка становится хорошей альтернативой продуктам иностранных концернов в области учебного оборудования. Большое количество разнообразных операций, выполняемых с одной установки заготовки в станок, и автоматическая замена инструмента без участия оператора повышают точность обработки, снижают стоимость изделий, экономят время и являются наглядным пособием для участников обучающих курсов по работе с оборудованием, максимально приближенным по функционалу к полноразмерным промышленным решениям.
Development of a small-size machining center having the abilities of an industrial milling machine presents a real alternative to the foreign products in the field of educational equipment. Such machining center enables to perform a great number of operations and the automatic change of tools after installing one blank without the intervention of an operator in order to improve accuracy of measurements, save time and serve as a visual aid in practical courses devoted to studying the equipment operation which reflects the maximum realistic conditions of manufacturing in full-size industrial solutions.
Станкостроение в Российской Федерации является развивающейся и перспективной отраслью промышленности. Уникальность создаваемой платформы для механообработки состоит в разработке малогабаритного высокопроизводительного фрезерного станка с автоматической сменой инструмента, с интегрированными технологиями 3D-сканирования и лазерной гравировки для цифрового производства. За счет компьютерного моделирования основных элементов при проектировании достигаются наивысшие параметры скорости и точности позиционирования подвижных частей центра, эффективность использования ресурсов при изготовлении, энергоемкость, стабильность, снижение материалоемкости, эргономичность, удобство эксплуатации за счет современного программного обеспечения обрабатывающего центра с автоматической сменой инструмента.
Разрабатываемый обрабатывающий центр АТС "Индустрия 4.0" предназначен для удовлетворения потребностей мелкосерийного производства, прототипирования в лабораториях, в опытных конструкторских отделах, для функционирования в учебных центрах. Благодаря высокой точности и компактности обрабатывающий центр может найти широкое применение при изготовлении деталей и узлов для научных приборов и технологических установок, перспективных для использования в современной наноиндустрии.
Отметим уникальные черты разрабатываемого обрабатывающего центра с автоматической сменой инструмента.
Размер рабочей области превышает современные аналоги на российском рынке при схожих габаритных размерах, массе и точности обработки. Площадь ограничена бесконтактными датчиками, что позволяет обеспечить безопасность работы систем станка и исключить возможность возникновения аварийных ситуаций, связанных с нежелательным контактом исполнительных устройств с силовыми элементами конструкции обрабатывающего центра.
Уникальное программное обеспечение, разрабатываемое специально под нужды пользователя и для наиболее эффективного функционирования станка. ПО обрабатывающего центра обеспечивает взаимодействие со всеми системами станка, отслеживая их позиционирование и обеспечивая безопасный рабочий процесс.
Наличие автоматической смены инструмента без участия оператора станка. Данное решение позволяет расширить область задач, которые могут быть решены с помощью обрабатывающего центра, ускорить процесс обработки изделия и исключить человеческий фактор из процесса обработки. Автоматическая смена инструмента позволяет также существенно повысить точность изготовления деталей, поскольку каждый раз при использовании нового инструмента для обработки детали отпадает необходимость в его дополнительной юстировке.
Оснащение обрабатывающего центра модулями для лазерной обработки и 3D-сканирования существенно расширяет диапазон решаемых в ходе проектирования и прототипирования задач.
Массо-габаритные характеристики обрабатывающего центра обеспечивают его транспортабельность и упрощают его размещение в пределах небольших производственных помещений, в образовательных центрах и лабораториях.
При разработке обрабатывающего центра предварительно было проведено проектирование в САПР-системе SolidWorks. Данный метод разработки и решения задач, возникающих в ходе процесса проектирования, позволяет предвидеть проблемы, которые могут возникнуть на этапе сборки и испытания обрабатывающего центра, определить количество и тип используемого для производства материала, а также заранее предусмотреть проблемы, возникающие в процессе сборки, например, подвод рабочего инструмента, использование оснастки в необходимых узлах сборки, расположение крепежных соединений. При разработке 3D-манипулятора используются имеющиеся оригинальные разработки по нанопозиционированию, применяемые в фрезерно-гравировальных станках и сканирующих зондовых микроскопах [1, 2].
Основные технические параметры рабочего макета обрабатывающего центра "АТС Индустрия 4.0":
Основные технические параметры рабочего макета 3D-манипулятора:
Фрезерный обрабатывающий центр с автоматической сменой инструмента и прецизионным 3D-манипулятором предназначен для индивидуального использования, реализации разработок и прототипирования на фабриках и заводах, в опытных конструкторских отделах, а также в образовательных учреждениях. Предлагаемые в проекте решения позволят при относительно низкой стоимости получить самые высокие технические параметры, не уступающие промышленным сериям малогабаритных станков с ЧПУ зарубежных концернов. Благодаря своей мобильности, модульной конструкции и многофункциональности малогабаритные обрабатывающие центры особенно востребованы в общеобразовательных учреждениях в качестве интерактивного обучающего комплекса для детей [3].
Созданный фрезерный обрабатывающий центр "АТС Индустрия 4.0" эффективно использовался нами при изготовлении деталей сканирующего капиллярного микроскопа – проточной жидкостной ячейки, держателя зонда, крепления электродов и др.
Этот центр стал продолжением станков серии АТС, совместно разрабатываемых высокотехнологичными компаниями ООО НПП "Центр перспективных технологий" и ООО "Энергоэффективные технологии" при активном участии физического и химического факультетов МГУ имени М.В.Ломоносова. Информация об этих разработках находится в открытом доступе на сайтах www.ATCindustry.com и www.2ETechnologies.com. Станки серии АТС активно применяются в Центре молодежного инновационного творчества "Нанотехнологии" (www.startinnovation.com) как в образовательных, так и производственных целях.
Работы по изготовлению обрабатывающего центра выполнены при поддержке Фонда содействия инновациям (договор № 422ГРНТИС5/44715). Изготовление деталей капиллярного микроскопа с использованием этих деталей и последующее исследование выполнены при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-52-560001.
Авторы выражают искреннюю благодарность Департаменту предпринимательства и инновационного развития города Москвы и Министерству экономического развития Российской Федерации (договор № 8/3-63ин-16 от 22.08.16) за неоценимую помощь.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
Akhmetova A., Belov J., Meshkov G., Yaminsky I. Systems of 3d-positioning in the precise processing of materials. NANOINDUSTRY, 71 (1): 102–104, 2017.
Yaminsky I. V. The secret of a cricket for mashed potatoes. NANOINDUSTRY, 73 (3): 72–75, 2017.
Akhmetova A., Belov J., Yaminsky I. Modular multi-axis machining center for nanoindustry. NANOINDUSTRY, 68 (6): 82–84, 2016.
I.V.Yaminsky1, 2, 3, Doctor of Sc. (Physics and Mathematics), Prof., Director of Advanced Technologies Center, Director of Energy Efficient Technologies, (ORCID: 0000-0001-8731-3947), А.I.Аkhmetova1, 2, 3, Engineer of A.N.Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Leading Specialist of Advanced Technologies Center and of Energy Efficient Technologies, (ORCID: 0000-0001-6363-8202)
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.5.276.279
Получено: 02.08.2019 г.
Разработка малогабаритного обрабатывающего центра с возможностями промышленного фрезерного станка становится хорошей альтернативой продуктам иностранных концернов в области учебного оборудования. Большое количество разнообразных операций, выполняемых с одной установки заготовки в станок, и автоматическая замена инструмента без участия оператора повышают точность обработки, снижают стоимость изделий, экономят время и являются наглядным пособием для участников обучающих курсов по работе с оборудованием, максимально приближенным по функционалу к полноразмерным промышленным решениям.
Development of a small-size machining center having the abilities of an industrial milling machine presents a real alternative to the foreign products in the field of educational equipment. Such machining center enables to perform a great number of operations and the automatic change of tools after installing one blank without the intervention of an operator in order to improve accuracy of measurements, save time and serve as a visual aid in practical courses devoted to studying the equipment operation which reflects the maximum realistic conditions of manufacturing in full-size industrial solutions.
Станкостроение в Российской Федерации является развивающейся и перспективной отраслью промышленности. Уникальность создаваемой платформы для механообработки состоит в разработке малогабаритного высокопроизводительного фрезерного станка с автоматической сменой инструмента, с интегрированными технологиями 3D-сканирования и лазерной гравировки для цифрового производства. За счет компьютерного моделирования основных элементов при проектировании достигаются наивысшие параметры скорости и точности позиционирования подвижных частей центра, эффективность использования ресурсов при изготовлении, энергоемкость, стабильность, снижение материалоемкости, эргономичность, удобство эксплуатации за счет современного программного обеспечения обрабатывающего центра с автоматической сменой инструмента.
Разрабатываемый обрабатывающий центр АТС "Индустрия 4.0" предназначен для удовлетворения потребностей мелкосерийного производства, прототипирования в лабораториях, в опытных конструкторских отделах, для функционирования в учебных центрах. Благодаря высокой точности и компактности обрабатывающий центр может найти широкое применение при изготовлении деталей и узлов для научных приборов и технологических установок, перспективных для использования в современной наноиндустрии.
Отметим уникальные черты разрабатываемого обрабатывающего центра с автоматической сменой инструмента.
Размер рабочей области превышает современные аналоги на российском рынке при схожих габаритных размерах, массе и точности обработки. Площадь ограничена бесконтактными датчиками, что позволяет обеспечить безопасность работы систем станка и исключить возможность возникновения аварийных ситуаций, связанных с нежелательным контактом исполнительных устройств с силовыми элементами конструкции обрабатывающего центра.
Уникальное программное обеспечение, разрабатываемое специально под нужды пользователя и для наиболее эффективного функционирования станка. ПО обрабатывающего центра обеспечивает взаимодействие со всеми системами станка, отслеживая их позиционирование и обеспечивая безопасный рабочий процесс.
Наличие автоматической смены инструмента без участия оператора станка. Данное решение позволяет расширить область задач, которые могут быть решены с помощью обрабатывающего центра, ускорить процесс обработки изделия и исключить человеческий фактор из процесса обработки. Автоматическая смена инструмента позволяет также существенно повысить точность изготовления деталей, поскольку каждый раз при использовании нового инструмента для обработки детали отпадает необходимость в его дополнительной юстировке.
Оснащение обрабатывающего центра модулями для лазерной обработки и 3D-сканирования существенно расширяет диапазон решаемых в ходе проектирования и прототипирования задач.
Массо-габаритные характеристики обрабатывающего центра обеспечивают его транспортабельность и упрощают его размещение в пределах небольших производственных помещений, в образовательных центрах и лабораториях.
При разработке обрабатывающего центра предварительно было проведено проектирование в САПР-системе SolidWorks. Данный метод разработки и решения задач, возникающих в ходе процесса проектирования, позволяет предвидеть проблемы, которые могут возникнуть на этапе сборки и испытания обрабатывающего центра, определить количество и тип используемого для производства материала, а также заранее предусмотреть проблемы, возникающие в процессе сборки, например, подвод рабочего инструмента, использование оснастки в необходимых узлах сборки, расположение крепежных соединений. При разработке 3D-манипулятора используются имеющиеся оригинальные разработки по нанопозиционированию, применяемые в фрезерно-гравировальных станках и сканирующих зондовых микроскопах [1, 2].
Основные технические параметры рабочего макета обрабатывающего центра "АТС Индустрия 4.0":
- скорость холостых перемещений по осям – не менее 5,5 м/мин;
- точность позиционирования – 9 мкм;
- повторяемость – 5 мкм;
- время смены инструмента – 9 с;
- время разгона шпинделя: 0–24 000 об/мин – 7,5 с;
- количество осей перемещения: 3 линейные оси с возможностью установки 4-й дополнительной оси.
Основные технические параметры рабочего макета 3D-манипулятора:
- точность перемещения в диапазоне 1–10 нм;
- сверхточная обработка с разрешением в плоскости образца – 0,25 нм и по нормали к образцу – 0,1 нм.
Фрезерный обрабатывающий центр с автоматической сменой инструмента и прецизионным 3D-манипулятором предназначен для индивидуального использования, реализации разработок и прототипирования на фабриках и заводах, в опытных конструкторских отделах, а также в образовательных учреждениях. Предлагаемые в проекте решения позволят при относительно низкой стоимости получить самые высокие технические параметры, не уступающие промышленным сериям малогабаритных станков с ЧПУ зарубежных концернов. Благодаря своей мобильности, модульной конструкции и многофункциональности малогабаритные обрабатывающие центры особенно востребованы в общеобразовательных учреждениях в качестве интерактивного обучающего комплекса для детей [3].
Созданный фрезерный обрабатывающий центр "АТС Индустрия 4.0" эффективно использовался нами при изготовлении деталей сканирующего капиллярного микроскопа – проточной жидкостной ячейки, держателя зонда, крепления электродов и др.
Этот центр стал продолжением станков серии АТС, совместно разрабатываемых высокотехнологичными компаниями ООО НПП "Центр перспективных технологий" и ООО "Энергоэффективные технологии" при активном участии физического и химического факультетов МГУ имени М.В.Ломоносова. Информация об этих разработках находится в открытом доступе на сайтах www.ATCindustry.com и www.2ETechnologies.com. Станки серии АТС активно применяются в Центре молодежного инновационного творчества "Нанотехнологии" (www.startinnovation.com) как в образовательных, так и производственных целях.
Работы по изготовлению обрабатывающего центра выполнены при поддержке Фонда содействия инновациям (договор № 422ГРНТИС5/44715). Изготовление деталей капиллярного микроскопа с использованием этих деталей и последующее исследование выполнены при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-52-560001.
Авторы выражают искреннюю благодарность Департаменту предпринимательства и инновационного развития города Москвы и Министерству экономического развития Российской Федерации (договор № 8/3-63ин-16 от 22.08.16) за неоценимую помощь.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
Akhmetova A., Belov J., Meshkov G., Yaminsky I. Systems of 3d-positioning in the precise processing of materials. NANOINDUSTRY, 71 (1): 102–104, 2017.
Yaminsky I. V. The secret of a cricket for mashed potatoes. NANOINDUSTRY, 73 (3): 72–75, 2017.
Akhmetova A., Belov J., Yaminsky I. Modular multi-axis machining center for nanoindustry. NANOINDUSTRY, 68 (6): 82–84, 2016.
Отзывы читателей
