Filosofia

La quadratura del cerchio

Caratteristiche generali

Conformazione

Strutture

Guide di scorrimento

Rigidità dello slittone

Corse e prestazioni

Cinematismi

 

 

Suprema HS… riassume il meglio di più tecnologie di scorrimento sulle guide e quindi permette di affrontare qualsiasi lavorazione senza compromessi. 

 

Filosofia

L'esigenza ancora irrisolta di molti utilizzatori di frese medio/grandi è di avere una macchina che abbia la dinamica, la velocità, la precisione e la ripetibilità che consentono le guide a corpi volventi e contemporaneamente la pastosità, lo smorzamento e la capacità d'asportazione che sono tipiche delle guide prismatiche con materiale plastico a strisciamento.

 

La quadratura del cerchio

Una progettazione espressamente mirata a poter aumentare in modo significativo il numero di corpi volventi a contatto ed ad aumentare la lunghezza del segmento di guida che risponde alle sollecitazioni delle vibrazioni, ha consentito di poter più che raddoppiare il numero di pattini per ogni guida (rispetto alle applicazioni concorrenti) senza cadere nei pericoli di iperstaticità che ciò può comportare. 

Grazie all’altissimo numero di pattini impiegati, la fresatrice STS Suprema HS, unisce agli indubbi vantaggi delle guide con corpi volventi (a ricircolo di rulli) il comportamento smorzante e pastoso che, per alcune lavorazioni, fa rimpiangere le guide a strisciamento o a sostentamento. Aver riassunto in un'unica macchina le caratteristiche migliori di più tecnologie, crea gli importanti vantaggi competitivi di questo modello che può affrontare qualsiasi lavorazione senza i compromessi di avere una tecnologia piuttosto che un'altra.

 

Caratteristiche generali

Le fresatrici STS Suprema HS  sono fresatrici ad alta velocità ed ad alta dinamica nate per lavorazioni  dove la velocità, l'accelerazione e la precisione non sono mai sufficienti.

  •     velocità di lavorazione vicine a quelle teoriche programmate

  •     superfici super finite a specchio

  •     bassa usura degli utensili perché lavorano quasi a velocità costante

Le fresatrici STS Suprema HS  sono macchine utensili destinate alla lavorazione di superfici piane, di scanalature a profilo semplice o complesso, di incavi, di ingranaggi, ecc, per mezzo di un utensile intercambiabile in funzione del tipo di applicazione. Le caratteristiche principali della macchina sono:

  •      elevata produttività;

  •      ottima finitura superficiale ed

  •      ottima precisione dimensionale dei pezzi lavorati

Conformazione

La fresatrice ad alta velocità HS (High Speed) Suprema  ha una struttura avente il montante mobile sull’asse longitudinale mentre l’asse verticale è la culla dell’asse trasversale a slittone che porta la testa completa di mandrino.

La tavola porta pezzo è un piano fermo a meno che non venga attrezzato con tavole girevoli o sistemi roto traslanti.

 

Strutture

Il basamento longitudinale, il carro verticale e lo slittone trasversale sono in acciaio elettrosaldato e sono ampiamente sovra dimensionati, inoltre la particolare struttura nervata ed a cassa chiusa rendono particolarmente rigide le strutture dei basamenti. Tale struttura è irrealizzabile in fusione.

 

Anche il montante è in acciaio elettrosaldato, questa scelta è stata dettata dalla particolare conformazione dello stesso montante. Infatti, la complessità delle nervature e i grandi salti di sezione presenti tra i vari settori non avrebbero consentito la omogeneità del materiale fuso.

Tutte le strutture subiscono più cicli termici di distensione certificati che eliminano le tensioni dovute alle varie fasi di preparazione e le stabilizzano. 

Tutte le strutture in movimento, quindi a meno del basamento longitudinale, sono ad "anello chiuso"; questo unito al elevato numero di pattini consente di assorbire ottimamente spinte e vibrazioni.

Guide di scorrimento

Il sovradimensionamento e gli ampi margini di sicurezza caratterizzano ogni aspetto della fresatrice. Ad esempio la scelta delle guide e dei pattini a ricircolo di rulli sarebbero bastati meno della metà dei pattini a garantire rigidità e portate con fattori di sicurezza ampi. Il movimento longitudinale con cinematismo a cremagliera con doppio pignone , doppio riduttore, due motori e recupero di gioco elettronico è supportato da ben 15 pattini (12 sotto il montante 3 per il carro porta riduttori), il carro porta slittone da 8 pattini, mentre lo slittone addirittura da 4 guide e 16 pattini,

Carico nominale ammesso sui pattini della tavola per una durata ottimale (>100Km) per ogni pattino

148.000N

Fattore di sicurezza consigliato

1,5

Fattore di sicurezza ottimale

2,0

 

Longitudinale: pattini presenti 6 per ogni guida, totale 12.

Esclusi quelli dedicati carrello cinematico e supporto cambio utensile a bordo.

Fattore di sicurezza ottenibile con 4 pattini

4,5

Fattore di sicurezza ottenuto con 12 pattini

13,5

Carico nominale con 12 pattini

1.776.000 N

 

Verticale: pattini presenti 4 per ogni guida, totale 8.

Fattore di sicurezza ottenibile con 4 pattini

9,8

Fattore di sicurezza ottenuto con 8 pattini

19.6

Carico nominale con 8 pattini

1.184.000 N

 

Verticale: pattini presenti 4 per ogni guida per 4 guide, totale 16.

Fattore di sicurezza ottenibile con 4 pattini

9,85

Fattore di sicurezza ottenuto con 16 pattini

78.8

Carico nominale con 8 pattini

2.368.000 N

 

 

 

Rigidità dello slittone

La rigidità di tutta la macchina è particolarmente elevata anche sull'asse trasversale che è quello più critico in questa conformazione di macchina. Le quattro guide reagiscono ognuna con una deformazione di 0.010mm ogni 20.000N per ogni pattino e cioè una rigidità di 8.000.000 N/mm o 8.000 N/µdimm per ogni guida dato che ogni è supportata da 4 pattini.

I rulli delle guide montate lavorano su angoli a 45° e quindi reagiscono su entrambi gli assi ortogonali alle guide e per ogni guida una reazione sia nel senso longitudinale che nel senso verticale.

Quindi avremo per ogni guida una reazione nel senso longitudinale e nel senso verticale.

Avendo lo slittone (RAM) quattro guide (quindi 16 pattini) l'asse avrà una rigidità di:

8.000.000 N/mm * 4 guide

pari a 2.000.000 N/mm per 16 pattini

 

Quindi avremo:

Direzione verticale.

 

Rigidezza totale pattini = 32.000.000 N/mm.

espressa in micron = 32.000 N/µdimm

 

Direzione longitudinale.

Rigidezza totale pattini = 32.000.000 N/mm.

espressa in micron = 32.000 N/µdimm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Corse e prestazioni

Le corse della macchina sono: longitudinale 6.000 mm, 8.000 mm e 10.000 mm, trasversale 1.500 mm e verticale 2.500 mm.

Un altro punto di forza della fresatrice Suprema HS  è l’alta dinamica. La macchina è in grado di raggiungere migliori Suprema rispetto alle fresatrici tradizionali:

  •     velocità di avanzamento 30m/min.

  •     accelerazioni di 2 m/s2.

Com’è noto, queste elevate prestazioni si raggiungono facilmente con l’utilizzo di motori lineari; nel nostro caso invece li otteniamo con motori brushless.

Per conseguire questi risultati abbiamo sviluppato la macchina in modo diverso dal tradizionale: non siamo partiti dal progetto della parte meccanica per poi passare alla parte elettronica, ma è stata compiuta la scelta opposta. Si è preso in esame prima la parte relativa ai motori e agli azionamenti e in base alle tipologie scelte, abbiamo “vestito” intorno la macchina.

La fresatrice Suprema HS  può essere equipaggiata sia con magazzini utensili a numero di posti variabile, a bordo montante, sia con magazzini rack da otto posti da installare sulla tavola porta pezzo.

I magazzini a configurazione rack sono particolarmente indicati per tutti gli utenti che desiderano un magazzino utensili funzionale senza investire cifre importanti.

Per concludere le caratteristiche tecniche della nuova fresatrice orizzontale Suprema HS , segnaliamo che è disponibile con diversi controlli:

  •     Selca

  •     Heidenhain

  •     Siemens

  •     D.Electron

Il sistema è gestito da un controllo numerico ad alta tecnologia che permette di utilizzare ogni funzione della macchina sfruttando al massimo le sue potenzialità.

Tutti i movimenti degli assi macchina e del gruppo di cambio utensile automatico, (dove previsto), sono controllati da controllo numerico e/o PLC integrato nello stesso.

 

Cinematismi

Anche i cinematismi sono stati scelti con criteri generosi.

L’asse longitudinale è spinto da due motori che attraverso due riduttori di precisione comandano due pignoni i quali lavorano su di una cremagliera. Il recupero di gioco è ottenuto elettronicamente dal controllo numerico attraverso i due motori. Questo consente di non avere declassamenti sul cinematismo dell'asse longitudinale.

L’asse trasversale e l’asse verticale, a bilanciamento idraulico (corsa Z 2.000), hanno una vite a ricircolo di sfere Ø63 passo 30mm pre-caricata con doppia chiocciola ed importantissimo con doppio principio. Il doppio principio consente di avere il doppio di sfere su cui distribuire i carichi e quindi di dimezzare l’usura raddoppiando la rigidità. Ne risulta che il fattore di sicurezza rispetto ai carichi nominali è > di 4 rispetto a 1,8 ritenuto ottimale dal costruttore delle viti.

Le catene cinematiche degli assi lineari sono realizzate tramite trasmissioni a cinghia dentata ed accoppiamenti a vite, a chiocciola singola a ricircolo di sfere, precaricata per il recupero dei giochi meccanici.

I sistemi di rilevamento degli assi lineari, di tipo diretto, sono costituiti da righe ottiche (dispositivi di tipo variabile in funzione del controllo numerico installato), fissate lungo le diverse corse di lavoro.

Gli assi macchina sono tutti azionati da motori a corrente alternata (brushless).

Tutte le superfici di scorrimento e gli organi di movimento sono protetti contro polveri e liquidi da taglio.

La posizione del quadro elettrico varia In funzione del modello di macchina e lo spazio disponibile. All’interno del quadro, (protetti da infiltrazioni), si trovano l’equipaggiamento elettrico dei motori assi e mandrino, il CNC e tutte le altre apparecchiature elettriche.

Suprema HS

                                   Philosophy

                                                    Squaring the circle

                                                                                                                                                                         Main features

                                                                                                                                                                         Conformation

                                                                                                                                                                         Structure

                                                                                                                                                                        Sliding guides

                                                                                                                                                                       RAM rigidity

                                                                                                                                                                       Strokes and performances

                                                                                                                                                                       Movement transmission

 

Suprema HSadds up the best of different technologies of guides sliding and therefore allows to face any machining without compromises.

Philosophy

The need still not satisfied of many uses of medium/large milling machines is to have a machine with the dynamic, the speed, the precision and the repeatability that allow the guides with rolling elements and at the same time: the smoothness, the damping and the exporting capacity that is typical of the prismatic guides with plastic strips.

Squaring the circle

A specifically targeted design to be able to increase significantly the number of rolling elements in contact and to  increase the length of the driving segment that meets the vibrations transmission, has allowed to increase more than double the number of pads for each rail (compared with current applications) without falling into the dangers of hyperstatics that this may cause.
Due to the very high number of pads used, the STS Suprema HS milling machine, combines the undoubted advantages of the guides with rolling elements (recirculating rollers) the damping and smooth behaviour that for some machining, it causes to regret the hydrostatic or creeping guideways. Having summed up in one machine the best features of different technologies creates the most important competitive advantages of this model that can handle any processing, without the compromises of having one technology rather than another.

Main features

STS Suprema HS milling machines are machines with high speed and high dynamic created where the speed, the acceleration and the precision are never enough.

  • Working speed close to those theoretical planned

  • super mirror finished surfaces

  • low tool wear because they work at almost constant speed

STS Milling machines Suprema HS model are machine tools for the machining of flat surfaces, of simple or complex profile grooves, of gears, etc. by means of a  interchangeable tool, depending on the type of application. The main features of the machine are:

  • high productivity

  • excellent surface finish

  • excellent dimensional accuracy of  the parts machined

Conformation
The High-Speed milling machine HS (High Speed) Suprema, have a structure with the moving column on the longitudinal axis while the vertical axis is the cradle of the ram transversal axis that carries the head complete with the spindle. The working table is still unless it is equipped with rotary tables or systems rotating-translating systems.

 Structures

The longitudinal bedplate, the vertical carriage and the transversal ram are in  electro-welded steel and are widely over-dimensioned. Moreover, the special ribbed structure at closed box make the structures particularly rigid. This structure is unfeasible as a casting.
The column is also made of electro-welded steel, and this choice was dictated by the particular shape of the same column. Infact, the complexity of the ribs and the big  jumps of section between sectors would not have allowed the homogeneity of casted material.
All the structures suffer more thermal cycles of certificates distension  that eliminate the tensions caused by the various stages of preparation and stabilize them.
All the structures in movement, therefore except the longitudinal basement, are "closed loop" type and this, together with the high number of pads, can very well absorb pressures and vibrations.

Sliding guides

The over dimensional and the large safety margins feature each aspect of the milling machine.  For example the choice of the guides and the pads with recirculating rollers: less than half of the pads would have been sufficient to guarantee rigidity and weight capability with large safety features. The longitudinal movement with ratchet movement transmission with double pinion, double gearbox, two motors and recovery of electronic gap is supported by 15 pads (12 under the column and 3 for the gear carriage), the ram carriage with 8 pads, while the ram reaches 4 guides and 16 pads, 

Nominal load permitted on pads of the table for an ideal length of time (>100Km) for each pad

148.000N

Advised safety factor

1,5

Ideal safety factor

2,0

 

Longitudinal : pads present 6 for each guide, total of 12.

Excluding those dedicated to the movement transmission carriage and support of the tool exchanger on board.

Safety factor obtainable with 4 pads

4,5

Safety factor obtained with 12 pads

13,5

Nominal load with 12 pads

1.776.000 N

 

Vertical: pads present 4 for each guide, total of 8.

Safety factor obtainable with 4 pads

9,8

Safety factor obtained with 8 pads

19.6

Nominal load with 8 pads

1.184.000 N

 

Vertical: pads present 4 for each guide for 4 guides, total of 16

Safety factor obtainable with 4 pads

9,85

Safety factor obtained with 16 pads

78.8

Nominal load with 8 pads

2.368.000 N

  

RAM rigidity

The rigidity of all the machine is particularly high on the transversal axis too, which is the most critical one in this conformation of machine.

The four guides react each with a deformation of 0.010 mm. each 20.000N for each pad and therefore a rigidity of 8.000 N/mm. or 8.000 N/µdimm for each guide which is supported by 4 pads.

The rollers of the guides machine on 45° angles and therefore react on both the orthogonal axes to the guides and for each guide have a reaction both in the longitudinal and the vertical sense.

We will therefore have for each guide a reaction in the longitudinal and the vertical sense.

Having the RAM four guides (therefore 16 pads) the axis will have a rigidity of:

 

8.000.000 N/mm * 4 guides

therefore 2.000.000 N/mm for 16 pads

 

Therefore we will have:

                                                                       Vertical direction

 

Total Rigidity pads = 32.000.000 N/mm.

espressed in micron = 32.000 N/µdimm

 

Longitudinal direction

Total Rigidity pads = 32.000.000 N/mm.

espressed in micron = 32.000 N/µdimm

 

 

Strokes and performances

The strokes of the machine are: longitudinal 6.000 mm, 8.000 mm and 10.000 mm, transversal 1.500 mm and vertical 2.500 mm.

Another point of strength of the Performance HS milling machine is the high dynamic. The machine is capable of reaching the best performances compaired to the traditional milling machines:

 

           Feed speed 30m/min.

           Acceleration of 2 m/s2.

 

It is known that these high performances  are easily reached by using linear motors; in our case instead we obtain them with simple brushless motors.

To reach these results, we have developed a machine in a different way to the traditional: we did not start from the design of the mechanical part and then pass to the electronic way, but we choose to do the opposite.

We considered first the part concerning the motors and the movements and on the basis of our choices we have “dressed” the machine around it.

The Suprema HS milling machine can be equipped both with tool magazines with changing places number, at column edge, or with the rack magazines with eight places to be installed on the working table.

The magazines rack type are particularly suggested for all those users that want a functional tool magazine without investing important sums.

To finish the technical features of the new horizontal HS Suprema milling machine, we point out that several controls are available:

           Selca

           Heidenhain

           Siemens

           D.Electron

 

The system is managed by a numerical control with high technology that allows to use each function of the machine using at most all the capabilities.

All the movements of the machine axes and of the automatic tool exchanger group (where foreseen), are checked from numerical control and/or PLC integrated in the same.

 

Movement transmission

Even the movement transmissions have been chosen with generous criteria.

The longitudinal axis is moved by two motors through two precision gears which control two pinions that work on a ratchet. The recovery of the gap is electronically obtained by the numerical control with the two motors.

This allows not to declass the movement transmission of the longitudinal axis.

The transversal and vertical axes, with hydraulic balancing (stroke Z 2.000) have a screw with recirculating spheres Ø63 thread 30mm pre-loaded with double spiral and important with double principle. The double principle allows to have the double of spheres on which distribute the load and therefore cut the wear in half, increasing by double the rigidity. The result is the safety factor compaired to nominal work loads is > of 4 compaired to 1.8 considered ideal by the screw producer.

The movement transmission chains of the linear axes are made by toothed belt transmissions and screw coupling, with single spiral with recirculating spheres, preloaded for the recovery of the mechanical gaps.

The detecting systems of the linear axes, of direct type, are made by linear scales (features of changeable type according to the function of the installed numerical control), fixed along the different working strokes.

All the axes of the machine are moved by motors with alternative electricity (brushless).

All the sliding surfaces and the movement parts are protected against dusts and cutting liquids.

The position of the electric cabinet can change according to the machine model and the available space. Inside the cabinet (protected from infiltrations) are the electric equipment for the axis of the motor and the spindle, the CNC and all the other electrical equipment.

 

 

 

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Ultimo aggiornamento: 27-11-09