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:
- Скорости осей XY – 5м/мин
Скорость оси Z – 3,75м/мин
То есть динамика осей фактически увеличилась в несколько раз.
- Исключена возможность пропуска шагов двигателем за счет использования системы обратной связи в следящем сервоприводе.
- Поставлен современный шпиндель на 24000об/мин, при этом сохранена потенциальная возможность использования родного шпинделя.
- Значительно уменьшено энергопотребление станка в целом.
- Появилась возможность работать от однофазной сети 220В.
- С панели управления станка можно запускать/ставить на паузу/перезапускать программу, плавно регулировать обороты шпинделя и подачу, добавился USB-порт.
- За счет использования качественных комплектующих повышена надежность и ремонтопригодность станка в целом.
- Система ЧПУ на базе контроллера kflop повысила скорость обработки в целом за счет мощной математической основы в планировщике траектории обработки.
- 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 медалей, пломбиры, 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 ОТК, гравировка шильдов, табличек, жетонов, изготовление графитовых и медных электродов для электроэрозии, а также ЧПУ-фрезеровки различных материалов.
