Модернизация фрезерного станка ЛФ250Ф3 с ЧПУ по металлу

Цель модернизации : использовать удачные механические решения, реализованные в этой модели станка, усовершенствовать отдельные механические компоненты  и при этом заменить полностью систему ЧПУ на современную.

В качестве донора был приобретен комплектный станок модели лф250ф3 в очень хорошем состоянии (фактически  новый с хранения).

Стойка ЧПУ была полностью удалена.  Для компактности решено было всю электронику разместить в штатном электрошкафу. Изначально там располагались только пускатели, трансформаторы и кое-какая мелочь.

Родная система чпу в виде стойки 2м43-55 на данный момент морально безнадежно устарела хотя конечно, кое-где на заводах она исправно трудится. Но изначально не было цели ее осваивать и ремонтировать.

Станок был быстро разобран до трансмиссии, покрашен.

В качестве шпинделя было принято решение установить высокоскоростной мотор-шпиндель мощностью 1,5КВт и воздушным охлаждением. Помимо этого оставлена возможность использования родного шпинделя с приводом от асинхронного мотора мощностью 550Вт. Собственно, поэтому и сделан выбор в пользу воздушного охлаждения (с водяным быстрый монтаж-демонтаж высокоскоростного шпинделя был бы затруднителен).

Штатные моторы станка лф250ф3 марки шд5д1муз широко использовались в станках ЧПУ производства бывшего СССР, но их недостатки далеко перекрывают их достоинства если смотреть с точки зрения сегодняшнего дня. Даже если модернизировать станок на шаговых двигателях, то конечно, следовало бы их заменить, но в рамках этого проекта на станок будут установлены сервоприводы так что родные моторы были естественно, демонтированы.

В качестве привода осей были выбраны японские сервоприводы Yaskawa Sigma I. Комплект представляет собой сервоусилитель SGDA-01AS, мотор SGM-01U3B4L и фирменный кабель Yaskawa. Интерфейсные кабели пришлось распаивать самостоятельно, для оси Z предусмотрен мотор с электромагнитным тормозом SGM-01A312B.

Эта серия сервоприводов работает по аналоговому протоколу. В качестве управляющего сигнала идет не поток импульсов step/dir, а выходной сигнал с напряжением 0..10В.

Управлять ЧПУ-системой по аналоговому протоколу не так просто и все хоббийные решения здесь не подходят, поэтому в качестве ЧПУ был приобретен контроллер Kflop от Dinomotion (http://www.dynomotion.com/KFLOP.html).

Сам он напрямую не работает с аналоговыми системами, но для него существует штатный дополнительный модуль «kanalog» который позволяет это делать.

Помимо возможности управлять системой по аналоговому протоколу связка kflop-kanalog дает большое преимущество относительно хоббийных систем. В ней заложена довольно серьезная математика (об этом подробно написано у производителя).

К минусам можно отнести достаточно приличную стоимость и сложность в первоначальной настройке и запуске.

В станке лф250ф3 используются роликовые направляющие качения и шарико-винтовые пары с системой регулировки натяга. То есть фактически нет узлов, в который присутствует трение скольжения, только трение качения. Соответственно это многократно увеличивает ресурс станка в плане износа.

Родной привод оси реализован в виде косозубого шестеренчатого редуктора. Штатный редуктор был заменен на ременный.

После этого работа редуктора стала практически бесшумной и очень мягкой, плюс в ременном приводе фактически отсутствует люфт что избавило от необходимости устанавливать оптические линейки (хотя техническая возможность это сделать все же оставлена).

Монтаж элементов управления в шкафу получился очень плотным в погоне за компактностью готового станка.

Штатный противовес станка, подвешенный внутри колонны на тросах склонен к заклиниванию, поэтому было принято решение изготовить пневматическую подпорку оси Z. Плюсом этого решения является то, что не увеличивается в два раза общая инерционность системы как в случае с механическим противовесом, а минусом естественно, стоимость и сложность.

Станок планировался 4-координатным, поэтому для поворотной оси был приобретен безлюфтовой гармонический редуктор 25-го типоразмера с передаточным числом 1:100.

Родная панель управления была заменена на новую, управляющий компьютер, компрессор и обвязка пневмосистемы  реализована в виде отдельного блока.

Результаты модернизации:

  1. Скорости осей XY – 5м/мин

Скорость оси Z – 3,75м/мин

То есть динамика осей фактически увеличилась в несколько раз.

  1. Исключена возможность пропуска шагов двигателем за счет использования системы обратной связи в следящем сервоприводе.
  2. Поставлен современный шпиндель на 24000об/мин, при этом сохранена потенциальная возможность использования родного шпинделя.
  3. Значительно уменьшено энергопотребление станка в целом.
  4. Появилась возможность работать от однофазной сети 220В.
  5. С панели управления станка можно запускать/ставить на паузу/перезапускать программу, плавно регулировать обороты шпинделя и подачу, добавился USB-порт.
  6. За счет использования качественных комплектующих повышена надежность и ремонтопригодность станка в целом.
  7. Система ЧПУ на базе контроллера kflop повысила скорость обработки в целом за счет мощной математической основы в планировщике траектории обработки.
  8. Добавлена 4-я координата.

После проведенной модернизации станок может с успехом использоваться для производства широкого спектра изделий:

ударные клейма, матрицы для чеканки сувенирных монет и медалейпломбиры, пломбираторы, сургучные печати, термоштампы, стальные промышленные штампы и пуансоны, клише для тиснения, ветеринарные клейма, разнообразные металлические штампы, калибровочные, поверительные и метрологические клейма и плашки, клейма сварщиков и дефектоскопистов, термостойкие кузнечные клейма и штампы, клейма ОТКгравировка шильдов, табличек, жетонов, изготовление графитовых и медных электродов для электроэрозии, а также ЧПУ-фрезеровки различных материалов.