Особенности токарных станков с ЧПУ

Токарные станки с ЧПУ получили самое широкое распространение. В настоящее время они также становятся многоцелевыми, для чего имеют разнообразное конструктивное исполнение, в том числе с применением в своей конструкции контршпинделя и инструментальной револьверной головки с приводами вращения режущего инструмента.

Токарные станки с ЧПУ классифицируются:

- по расположению оси шпинделя – горизонтальные и вертикальные;

- по расположению направляющих – горизонтальные, вертикальные и наклонные;

- по организации инструментальной системы – с одним или несколькими суппортами, с револьверной головкой, с суппортом и револьверной головкой, с суппортом и инструментальным магазином и т. п.;

- по виду выполняемых работ – центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные.

При этом центровые станки предназначены для обработки валов по их наружным цилиндрическим, торцовым, коническим и фасонным поверхностям, а также для нарезания резьб.

Патронные токарные станки с ЧПУ станки предназначены для обработки деталей типа дисков, фланцев, втулок, в которых наряду с наружными и торцовыми поверхностями, обрабатываются внутренние поверхности растачиванием, сверлением, зенкерованием, развертыванием, а также нарезается внутренняя резьба резцом или метчиком.

Патронно-центровые станки обладают широким спектром технологических возможностей, характерным для центровых и патронных станков.

Карусельные токарные станки с ЧПУ предназначены для обработки фланцев, дисков, втулок, корпусов преимущественно больших размеров.

Современные токарные станки с ЧПУ применяются для обработки наружных и внутренних заготовок и деталей типа тел вращения. На токарных станках с ЧПУ производят следующие токарные работы: точение, отрезка и торцевание, сверление, нарезание резьбы, растачивания отверстий, а также на токарно-фрезерных станках с ЧПУ (токарных обрабатывающих центрах) фрезерование, гравирование, маркировка и т. д.

Токарные станки с ЧПУ по сравнению с обычными универсальными станками имеют более широкие технологические возможности:

- мощный привод главного движения до 20–40 кВт и более;

- бесступенчатый привод движения подачи с очень широкими пределами регулирования величины подачи;

- большинство станков имеет скорость установочных перемещений суппорта 4,8 м/мин, что позволяет максимально сократить время холостых перемещений суппорта;

- высокая точность изготовления и повышенная жесткость по сравнению с обычными станками аналогичного назначения;

- наличие развитых инструментальных систем (револьверных головок) с числом инструментов до 12–15 штук и более;

- применение механизмов для автоматического удаления стружки.

Главным преимуществом токарных станков с ЧПУ является более высокий уровень автоматизации производства. Случаи вмешательства наладчика в процесс изготовления детали сведены к минимуму, достаточно визуального контроля оператора. Они могут работать практически автономно, выпуская продукцию с неизменно высоким качеством. При этом главной задачей оператора являются подготовительно-заключительные операции: установка и снятие детали, когда один рабочий может обслуживать сразу несколько.

Технологическая «гибкость» является вторым преимуществом токарных станков с ЧПУ. Это значит, что для обработки разных типов деталей нужно всего лишь заменить программу и комплект инструментов. А отлаженная может быть использована в любой момент и для любого количества циклов обработки, при этом появляется возможность обрабатывать такие детали, которые невозможно изготовить на обычном оборудовании.

Такие станки позволяют выполнять все виды обработки отверстий: сверление, рассверливание, зенкерование, растачивание в один или несколько проходов, растачивание набором резцов, растачивание резцовыми головками отверстий большого диаметра, развертывание… Технологические возможности растачивания отверстий резко возрастают с применением плансуппортной головки с программируемым перемещением резца. В этом случае появляется возможность растачивания без замены инструмента ступенчатых отверстий, подрезания торцов, растачивания канавок и выточек, подрезания торцов с обратной стороны стенки заготовки, растачивания ступенчатых отверстий с внутренней стороны стенки заготовки, растачивания конических отверстий и отверстий других форм.

На станках можно обрабатывать всевозможные крепежные отверстия по разнообразным стандартным и постоянным циклам: сверление, цекование, нарезание резьбы, подрезка торцов бобышек, зенкерование и т. д. При этом близкое расположение отверстий не является препятствием для их обработки, в отличие от агрегатных станков.

Еще одним преимуществом токарных станков с ЧПУ перед универсальными токарными станками является более продолжительный срок наработки на отказ за счет введения в устройство станка системы централизованной смазки направляющих, а также за счет наличия шарико-винтовых передач (ШВП). Автоматическая подача СОЖ в зону резания продлевает срок службы металлорежущего инструмента.

Стоит отметить, что сама методика работы по программе на токарных станках с ЧПУ позволяет более точно предсказывать время обработки некоторой партии деталей и, соответственно, более полно загружать токарное оборудование, увеличивая коэффициент его использования.

Выпускаются также многооперационные станки, построенные на базе токарных станков и предназначенные для комплексной обработки (точения, фрезерования, сверления) деталей типа тел вращения. На многооперационных станках осуществляются почти все процессы обработки резанием: сверление, зенкерование, развертывание, растачивание, нарезание резьбы, фрезерование плоскостей и обработка более сложных криволинейных поверхностей.

В частности, ведутся всевозможные фрезерные работы: обработка плоскостей торцевыми фрезами, получение пазов концевыми фрезами, фрезерование дисковыми фрезами по контуру плоских и фасонных поверхностей, фрезерование внутренних платиков, приливов и поверхностей.

Возможна также последовательная обработка фрезерованием всех поверхностей, лежащих с одной стороны заготовки на разных уровнях, что полностью исключается при одной установке детали на продольно- и карусельно-фрезерных станках.

При изготовлении оборудования использует только высококачественное тонкостенное литьё. Многие новые станки на этапе разработки и проектирования проходят анализ по методу конечных элементов (FIA-Finite Element Analysis) с целью выявления зон, склонных к повышенным напряжениям и деформациям. Данный подход обеспечивает высокую жёсткость станка в целом, минимальные деформации под нагрузкой и отсутствие вибраций в процессе работы.

Токарные станки с ЧПУ стоят достаточно дорого и требуют больших затрат на установку и обслуживание, чем обычные станки. Тем не менее, их высокая производительность легко может перекрыть все затраты при грамотном использовании и соответствующих объемах производства.

Ниже, в виде примера, рассмотрим некоторые модели таких станков, которые могут быть рассмотрены и учтены нами.

Токарный станок с ЧПУ с наклонной станиной Т250 CNC. Этот станок (рис. 2.15) предназначен для выполнения черновой и чистовой токарной обработки, для выполнения операций тонкого и финишного точения, сверления, растачивания, чистовой обработки отверстий, нарезания резьбы, выполнения фрезерных операций при получении деталей различной конфигурации, с выполнением обработки различных элементов на внешних участках детали.

На станке при использовании соответствующего металлорежущего инструмента возможна обработка деталей как из алюминия и других низколегированных сплавов, так и из высокопрочных материалов высокой твёрдости, прошедших термическую обработку.

Данная модель комплектуется 8-и и 12-и позиционными револьверными головками, обладающие массивной конструкцией и большой жёсткостью, что позволяет работать на повышенных режимах и обрабатывать труднообрабатываемые материалы.

Литые чугунные элементы станины, шпиндельная бабка, суппорты и стол имеют демпфирующий запас, более чем в 10 раз превосходящий сварные конструкции.

Рис. 2.15. Токарный станок с ЧПУ с наклонной станиной модели Т250

Техническая характеристика станка модели Т250.

1. Максимальный диаметр обработки над станиной, мм 550

2. Максимальный диаметр над суппортом, мм 330

3. Максимальный диаметр обработки, мм 350

4. Ход по оси X, мм 220

5. Ход по оси Z (максимальная длина), мм 550

6. Угол наклона суппорта, град. 45

7. Высота центра (над полом), мм 950

8. Диаметр патрона, мм 210; 254

9. Тип патрона гидравлика

10. Диаметр отверстия шпинделя, мм 62

11. Максимальный диаметр прутка, мм 52

12. Двигатель шпинделя Fanuc 2/7000

13. Мощность главного двигателя, кВт 15

14. Быстрый ход по осям X , Z, мм X12, Z20

15. Диаметр шариковой винтовой пары, мм 32

16. Количество инструментов, шт. 12 и 8

17. Диаметр инструмента с цилиндрическим хвостовиком, мм 40

18. Ход инструмента под центром шпинделя, мм 27

19. Диаметр инструментального диска, мм 410; 318

20. Сечение резца, мм 25x25

21. Ход пиноли, мм 125

22. Максимальное усилие на пиноль, Н 10070

23. Занимаемая площадь, м² 42

24. Вес станка, кг 4700

Шпиндельная бабка имеет термически стабилизированную конструкцию с ребрами охлаждения, что исключает температурные деформации в течение длительных циклов обработки. Предварительно настроенный на заводе шпиндель, оснащённый прецизионными подшипниками P4 от таких известных фирм как SKF, NSK, FAG, имеют минимальное радиальное биение и осевой люфт, что в сочетании с высокой жёсткостью шпиндельной бабки позволяет достигать высоких скоростей вращения, отсутствия вибраций и прецизионной точности при обработке тяжёлых материалов.

Все шарико-винтовые передачи станка преднатянутого типа, что позволяют исключить люфты, а также дают плавное преобразование крутящего момента в поступательное движение исполнительного механизма.

Рабочая зона станка полностью закрыта. Это обеспечивает защиту, как оператора, так и помещения от стружки и брызг СОЖ.

Станки T250 стандартно оснащаются системой ЧПУ FANUC 0i Mate-ТB, но могут быть установлены и системы FANUC 0i-TC, FANUC 18i-MB, Heidenhain TNC425M или Siemens 802D. В качестве исполнительных приводов используются цифровые привода серии FANUC Power Mate i-MODEL D. Система подготовки управляющих программ реализована на базе персонального компьютера, представляет собой WINDOWS-приложение и поэтому работает независимо.

Прецизионный токарный станок серии PD. Фирма-производитель: SPINNER Werkzeugmaschinenfabrik GmbH (версия: PD-3-01/04-840D).

Данный станок с ЧПУ (рис. 2.16) предназначен для применения в приборостроительном и в машиностроительном производствах при проведении опытно-экспериментальных работ в условиях мелко- и среднесерийного выпуска продукции. На таких станках может производиться обработка высокоточных и сложнопрофильных деталей. Они отвечают требованиям по точности размеров и чистоте поверхности обрабатываемых деталей малых и средних габаритов.

Станок существует в различных исполнениях – от наиболее простого для чистовой обработки до полностью автоматизированного токарного модуля. Он комплектуется современной системой числового программного управления (SINUMERIK 840D фирмы Siemens), обеспечивающей возможность эффективной обработки при величине партии деталей от одной штуки и отличается потребностью в небольшой занимаемой площади.

Общий вид станка без ограждений. Более подробные сведения по станку содержатся в отдельном учебном пособии авторов.

Рис. 2.16. Прецизионный токарный станок с ЧПУ серии PD (защитное ограждение условно не показано)

Двухшпиндельный токарный центр с ЧПУ модели T200. 2S CNC Fanuc 0i-Mate TB. Это точный, мощный, многофункциональный двухшпиндельный токарный станок с ЧПУ, наклонной станиной и двумя шпинделями. Его общий вид дан на рис. 2.17.

Станок предназначен для выполнения широкого диапазона токарных и фрезерных операций на деталях типа тел вращения с двух торцов деталей в серийном производстве. Ему свойственны такие качества, как высокая производительность обработки и скорость, стабильность размеров, получаемых при обработке любых материалов и др.

Техническая характеристика станка модели T200. 2S.

1. Наклон каретки, град. 45

2. Диаметр обработки над суппортом, мм 250

3. Максимальный диаметр обработки, мм 450

4. Максимальная длина обработки (ход контршпинделя), мм 600 (470)

5. Максимальные обороты шпинделя, об/мин 4500

6. Мощность двигателя шпинделя (контршпинделя), кВт 18 (11)

7. Диаметр патрона шпинделя (контршпинделя), мм 190 (135)

8. Максимальный диаметр обработки прутков шпинделя, мм 52

9. Конус шпинделя (контршпинделя) А2-6 (А2-4)

10. Внутренний диаметр шпинделя (контршпинделя), мм 62 (42)

11. Зажим шпинделей гидравлика

12. Диаметр инструмента с цилиндрическим хвостовиком, мм 32

13. Максимальные обороты приводных инструментов, об/мин 3000

14. Размер сечения резца, 8 позиций, мм 20x20

15. Диапазон перемещений револьверной головки X, Z, мм 175; 310

16. Быстрый ход по осям, м/мин 20

17. Рабочие подачи, мм./мин 500

18. Мощность серводвигателей двигателей по осям, кВт 2,2

19. Ось С с индексацией шпинделя и контршпинделя, град. 0,001

20. Точность позиционирования, мм ± 0,006

21. Точность повторного позиционирования, мм ± 0,002

22. Система ЧПУ Fanuc

23. Габариты, мм 3209x1621x1916

24. Вес станка, кг 3800

Линейные направляющие по осям X, Z обеспечивают быстрые и точные перемещения. Точные шарико-винтовые передачи с предварительным натягом обеспечивают минимальный люфт, высокую точность позиционирования и долговечность. Токарные станки комплектуются 8-и позиционными револьверными головками VDI3425, обладающие массивной конструкцией и большой жёсткостью, что позволяет работать на повышенных режимах, избегая при этом возникновения вредных деформаций и различного рода вибраций.

Рис. 2.17. Двухшпиндельный токарный центр с ЧПУ модели T200.2S CNC Fanuc 0i-Mate TB

Дополнительно токарный центр может оснащаться револьверной головкой Baruffaldi TBMA с приводным инструментом позволяющая вести фрезерование и сверление по оси и радиусу, наличие оси С на обоих шпинделях позволяет производить надпись-маркировку детали с помощью фрезы. Обрабатывающий центр T200.2S стандартно оснащаются системой ЧПУ FANUC 0i Mate-ТB, но пожеланию клиента можно установить и системы FANUC 0i-TC, FANUC 18i-MB, Heidenhain TNC425M, Siemens 802D.

Токарные центры ABX51THY/64THY. Токарные центры моделей ABX-51THY/64THY оснащены 2-мя шпинделями, 3-мя револьверными головками и имеют 3 управляемые оси перемещения. Связь в широком диапазоне значений между основным движением и поворотом револьверной головки позволяет максимально повысить эффективность производства. Станок оснащен устройством для установки инструмента и программируемыми конвейером и накопителем деталей. Данная модель имеет систему ЧПУ FANUC Fanuc 0i-TD. Одновременная обработка двумя инструментальными головками на обоих шпинделях легко позволяет получить изделие за один проход.

Внешний вид станка приведен на рис. 2.18. В качестве примера ниже дана техническая характеристика токарного центра модели ABX-64THY

Рис. 2.18. Токарный центр ABX-51THY/64THY

Техническая характеристика токарного центра ABX-51THY/64THY

Вертикальные токарные центры.Находят широкое практическое применение токарные станки с ЧПУ, которые имеют вертикальное расположение оси шпинделя и также представляют собой вертикальный токарный центр. Пример такого станка приведен на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Вертикальный токарный центр серии BLUETURN 250

Он снабжен конвейером цепного типа для подачи деталей массой до 20 кг. Станина цельнолитая, жесткая, с тремя виброопорами. Возможны большие скорости ускоренных перемещений: по оси X до 60 м/мин; по оси Z до 30 м/мин, при ускорениях до 4–6 м/с² . В роликовые направляющие встроены магнитно-электронные линейки контроля позиционирования. Револьверная инструментальная головка 12-ти позиционная с гидравлическим зажимом инструмента. Могут устанавливаться сменные блоки инструментов, которые снабжаются приводом вращения. Имеется система фиксации шпинделя по углу поворота. Это повышает удобство автоматической смены кулачков патрона. Управление станком производится от ЧПУ Fanuc 21i-TB или Siemens 840 D.

Ограничившись приведенными сведениями о токарных станках, перейдем к многоцелевым станкам для обработки корпусных деталей.