Что такое токарный станок с ЧПУ? Определение, ключевые компоненты, типы и приложения

Центр обслуживания стали, которому требуется 600 одинаковых валов, каждый из которых имеет допуск на диаметр ±0,01 мм, стоит перед простым решением: довериться мнению нескольких опытных станков и принять вариации от детали к детали, или поручить работу токарному станку с ЧПУ и позволить программе сохранять размер в течение всей смены. Краткий ответ на этот вопрос таков: токарный станок с ЧПУ — это токарный станок с компьютерным управлением, который вращает заготовку вокруг своей оси, в то время как фиксированный режущий инструмент следует запрограммированным траекториям для удаления материала. Такая конструкция, состоящая из вращающейся части и неподвижного инструмента, известна как токарная обработка и остается наиболее эффективным способом производства круглых компонентов, таких как валы, диски, втулки, втулки и, в тяжелой промышленности, прокатные валки весом в несколько тонн.

Что такое токарный станок с ЧПУ?

ЧПУ означает компьютерное числовое управление. На токарном станке заготовка зажимается в патроне или цанге на шпинделе и вращается с запрограммированной скоростью, в то время как режущий инструмент подается по двум основным осям: X, который контролирует диаметр, и Z, который контролирует длину. Станок выполняет программу обработки детали, обычно написанную в G-коде, а серводвигатели с обратной связью по положению перемещают инструмент по координатам с точностью до сотых или даже тысячных долей миллиметра.

Определяющая деталь – это то, что вращается. На токарном станке заготовка вращается; на фрезерном станке инструмент вращается. Это разделение объясняет, почему токарные станки владеют рынком круглых деталей, а фрезерные станки доминируют в производстве призматических деталей. Современные станки немного размывают грань: добавление приводного инструмента и оси C к шпинделю создает токарно-фрезерный станок, который может сверлить поперечные отверстия, резать лыски и фрезеровать шестигранные профили, не снимая деталь с патрона.

Сама технология зрелая. Числовое управление появилось в 1950-х годах, а компьютерное управление распространилось в 1970-е и 1980-е годы; с тех пор изменились стоимость, удобство управления и надежность компонентов обратной связи. В результате предприятия практически любого размера теперь часами работают на токарных станках с ЧПУ, при этом один оператор наблюдает за несколькими станками.

Основные компоненты, деталь за деталью

Любой токарный станок с ЧПУ, от компактного настольного агрегата до тридцатитонного вальцового станка, собирается из одних и тех же основных групп:

• Передняя бабка: содержит шпиндель, приводной двигатель и зубчатую передачу; установленный здесь патрон или цанга захватывает заготовку
  • Отверстие шпинделя: позволяет пропускать длинные прутки для работы с подачей прутка
  • Губки патрона: зажимайте стержень по внешнему диаметру или кольцо по отверстию при переворачивании.
• Станина и направляющие: структурная основа; жесткость здесь определяет, насколько тяжелую резку выдержит машина.
  • Наклонная станина: стружка выпадает из рабочей зоны; часто встречается на быстрых токарных станках среднего размера
  • Плоская платформа: традиционная компоновка по-прежнему популярна на больших и тяжелых машинах.
• Каретка и поперечные салазки: переносят инструментальную стойку или револьверную головку, которая автоматически перемещает несколько инструментов в положение резки.
• Задняя бабка: поддерживает свободный конец длинных или тонких заготовок, чтобы предотвратить отклонение.
• Блок управления ЧПУ: считывает программу, интерполирует траекторию инструмента и подает команды серводвигателям.
• Система подачи СОЖ и удаление стружки: удаление тепла и стружки из зоны резания

Операции, которые выполняет токарный станок с ЧПУ

Один станок выполняет большую часть токарных работ, поскольку револьверная головка автоматически меняет инструменты, а суппорты могут следовать по любому запрограммированному пути. Стандартные операции:

1. Прямое и коническое точение: уменьшение наружного диаметра по цилиндру или под контролируемым углом.
2. Торцовка: резка плоских поверхностей под прямым углом к оси, обычно на концах детали.
3. Сверление и растачивание: создание и увеличение внутренних отверстий на осевой линии шпинделя.
4. Проточка и отрезка: прорезание узких швеллеров или отделение готовой детали от прутка
5. Нарезание резьбы: одноточечное нарезание внутренней и внешней резьбы с определенным шагом.
6. Накатка: вдавливание рисунка ручки в ручки, фитинги и оправки.
7. Контурная токарная обработка: следование запрограммированному профилю, благодаря которому изготавливаются выпуклости, радиусы и сложные канавки валков.

Типы токарных станков с ЧПУ и чем они отличаются

Выбирайте по количеству осей

Двухосевой токарный станок, перемещающий только X и Z, выполняет большинство токарных работ. Добавление приводного инструмента и оси C позволяет получить 3-осевой фрезерно-токарный станок, способный выполнять поперечное сверление и фрезерование. Субшпиндель перемещает деталь на второй шпиндель для обратной обработки, а конфигурации с четырьмя и более осями позволяют одновременно выполнять резку несколькими инструментами при выполнении больших работ.

Горизонтальный или Вертикальный

Горизонтальные токарные станки являются компоновкой по умолчанию. Вертикальные токарные станки, где шпиндель направлен вверх, а деталь ровно лежит на поворотном столе, подходят для больших и тяжелых дисков, таких как фланцы, маховики и тормозные роторы, поскольку сила тяжести удерживает деталь, а не висит всем ее весом на кулачках патрона.

Платформы тяжелого и специального назначения

В худшем случае машины строятся вокруг заготовки, а не каталога. Мощные горизонтальные токарные станки с парными качаниями, измеряемыми сотнями миллиметров, с межцентровыми расстояниями 3500 мм и более, массивными литыми станинами и люнетами, способными выдерживать заготовки весом в несколько тонн. Машины этого класса существуют потому, что стандартный токарный станок, каким бы точным он ни был, никогда не был достаточно жестким для резки, необходимой для больших поковок.

Тяжелый токарный станок с ЧПУ Технические параметры Посмотреть продукт →

Токарный станок с ЧПУ против ручного токарного станка

Практическая разница проявляется в повторяемости и в том, в чем заключается ценность: ручной токарный станок вознаграждает руки оператора, а токарный станок с ЧПУ вознаграждает программу и жесткость станка. Как правило, для обычных работ со сталью квалифицированная ручная токарная обработка выдерживает около ±0,05 мм, в то время как исправный токарный станок с ЧПУ выдерживает ±0,01 мм или лучше и повторяет это для детали номер 600 так же точно, как и для детали номер 1.

Где зарабатывают тяжелые токарные станки с ЧПУ: обработка валков

Сталепрокатные станы показывают, как должен выжить производственный токарный станок. Рабочие и опорные валки теряют диаметр и подвергаются износу, который необходимо переворачивать по графику. Валки арматуры имеют серповидные канавки и контуры ребер, которые необходимо аккуратно обрезать по мере их износа, а на проволочных станах используются роликовые кольца, диаметр которых должен быть одинаковым по всей поверхности кольца.

Ничто из этого не похоже на переворот в мастерской. Эти заготовки длинные, тяжелые и трудные для обработки, и они подвергают риску любой станок с легкой станиной, поэтому вообще существуют токарные станки с ЧПУ, предназначенные для роликов: усиленные станины, увеличенные поворотные механизмы, люнеты, рассчитанные на тонны, и органы управления, настроенные на большие диаметры и медленные, мощные резы. Специально созданный токарный станок с ЧПУ настроен именно на этот рабочий цикл, и покупатели, сравнивающие специальные станки для изготовления колец, могут начать с причин, по которым токарный станок с ЧПУ заслужил свою собственную категорию.

Высокоэффективный токарный станок с ЧПУ Технические параметры Посмотреть продукт →

Когда одна и та же заготовка требует фрезерования канавок, а не просто токарной обработки, комбинированные платформы фрезерных валков режут обе детали за одну установку, что важно, поскольку повторный зажим многотонного рулона между операциями рискует как точностью, так и временем.

Что проверить перед покупкой

Технические характеристики что-то значат только тогда, когда они соответствуют вашим деталям. Проработайте контрольный список в следующем порядке:

1. Поворот станины и расстояние между центрами: наибольший диаметр и длина, которые физически может принять станок, сверенные с самой большой текущей и запланированной заготовкой.
2. Отверстие шпинделя и размер патрона: пропускная способность прутка для работы со сквозным шпинделем и диапазон кулачков для работы с патроном.
3. Жесткость: вес машины и конструкция станины являются надежными показателями; тяжелое литое основание поглощает вибрацию при глубоких резах
4. Точность: запросите точность позиционирования и повторяемость в виде отдельных цифр и спросите, как они проверялись.
5. Скорость и крутящий момент шпинделя: высокая скорость обеспечивает чистовую обработку, а низкий крутящий момент — тяжелую обработку больших диаметров.
6. Система управления: подтвердите документированное программирование, совместимость с CAM и сервисную поддержку в вашем регионе.
7. Запасные части и обслуживание: подтвердите наличие запасных частей перед подписанием контракта, поскольку изнашиваемые детали, такие как кулачки патрона, уплотнения и направляющие крышки, определяют время безотказной работы годы спустя.

Безопасность принадлежит к тому же списку. Полная охрана, заблокированные двери и обученные операторы должны быть частью покупки, а не второстепенной мыслью, и покупатели валкового оборудования могут изучить, как повысить эксплуатационную безопасность токарных станков с ЧПУ, прежде чем вводить в эксплуатацию тяжелый станок.

Те же рассуждения применимы, когда одна деталь требует как токарной, так и фрезерной обработки. Прецизионный токарно-фрезерный станок, выполняющий обе операции за одну установку, устраняет риск выравнивания, связанный с перемещением тяжелого компонента между станками, и часто окупает разницу в цене в течение первого года за счет меньшего количества операций и меньшего количества бракованных деталей.

Итог

Токарный станок с ЧПУ состоит из трех элементов, работающих вместе: шпинделя, который вращает заготовку, направляющих с сервоприводом, которые позиционируют неподвижные инструменты без смещения, и элемента управления, который удерживает запрограммированную траекторию от первой детали до последней. Выбирайте 2-осевой станок для простых круглых деталей, добавляйте приводной инструмент, когда количество функций увеличивается, и переходите на сверхмощные платформы, предназначенные для роликов, когда детали весят тонны, а допуски по-прежнему измеряются сотыми долями миллиметра. Сначала подберите станок к заготовке, а затем к брошюре, и вложения окупятся партиями, которые каждый раз выходят из станка одинакового размера.