Металлообрабатывающие станки с ЧПУ

Современные производственные процессы неразрывно связаны со сверхточными процессами и крайне малыми величинами. Это касается многих отраслей, но особенно важно для металлообрабатывающей отрасли. Из металлов производятся мельчайшие детали механизмов, каждый микрометр которых важен для правильной работы устройств. Поэтому в металлообработке невероятно важна точность. Достичь ее можно при помощи станков с числовым программным управлением, или ЧПУ.

Металлообрабатывающие станки с ЧПУ позволяют проводить целые комплексы операций по обработке металлов, от черновой обработки до финишной. При этом практически все процессы полностью автоматизированы, то есть выполняются по предварительно запрограммированной схеме. Сегодня станки с ЧПУ могут выпускать готовые детали практически без человеческого участия.

Конструкционные и технические особенности

Все металлообрабатывающие станки можно поделить на два вида: горизонтальные и вертикальные. Тип станка зависит от того, как располагаются шпиндели устройства. Отдельно следует отметить станки портального типа, позволяющие производить любых форм и любой сложности. Один станок может включать десятки инструментов и обрабатывать детали как очень крупных, так и крайне малых габаритов.

Современные металлообрабатывающие станки с ЧПУ представляют собой сложную инженерную конструкцию. В основе ее находится массивная литая рама их чугуна. Чтобы конструкция была более прочной и жесткой, рама обрабатывается термическим способом. Для подачи заготовок на раме устанавливаются шарико-винтовые передачи. Они действуют со скоростью до сорока метров в секунду, а позиционирование их сразу по трем осям проводится с точностью до тысячных долей миллиметра.

На обрабатывающие центры устанавливаются универсальные головки револьверного типа. Одна головка может удерживать до шестнадцати инструментов, а на смену одного инструмента на другой затрачивается не более полсекунды. В портальных станках в ЧПУ скорость замены может быть еще меньше, а количество инструментов достигать нескольких десятков.

Типы металлообрабатывающих станков с ЧПУ

Существует несколько разновидностей металлообрабатывающих станков с ЧПУ

Фрезерные обрабатывающие центры

Оборудование обрабатывает заготовки с помощью фрезы с высокой точностью и безукоризненным качеством. При этом нарезка втулок, муфт, колец, зубчатых колес, гаек и прочих деталей осуществляется вне зависимости от поверхности (фасонной или плоской).

Принцип работы выглядит следующим образом. Фреза закрепляется в шпинделе установки. Система ЧПУ приводит её в действие, заставляя вращаться. При этом происходит подача на обработку закрепленной на столе заготовки. Движение может быть прямолинейным, криволинейным или комбинированным.

Сама фреза – это многолезвийный инструмент с зубьями. Они в свою очередь могут иметь различные формы (дисковые, угловые, со сферической головкой и пр.) и крепятся в шпинделе разными способами. Материал, из которого делают режущую часть – алмаз, твердый сплав, быстрорез. Многие производители, кстати, используют сплавы собственной разработки, которые держатся в секрете.

Существуют три больших группы фрезерных металлообрабатывающих центров: универсальные, горизонтальные и вертикальные.

Универсальные используются для обработки легких и небольших заготовок как в единичном, так и серийном производстве. Оборудование позволяет фрезеровать горизонтальные, вертикальные, винтовые и фасонные поверхности. Шпиндель при этом расположен горизонтально, а стол перемещается под разными углами.

Горизонтальные центры не оборудованы поворотным механизмом. Стол с заготовкой двигается только параллельно или перпендикулярно относительно оси шпинделя.

Вертикальные установки оборудованы вертикально расположенным шпинделем. Стол перемещается перпендикулярно к оси шпинделя. Некоторые модели оснащены поворотным механизмом, что расширяет технические возможности центра.

Токарные обрабатывающие центры

Установки этого типа крайне востребованы в отраслях, где первостепенное значение отдается производительности. Токарные центры – это металлорежущее оборудование для комплексной обработки различных поверхностей и разными способами: фрезерование, сверление, расточка и пр. На них изготавливают множество деталей из стали, алюминия, меди, бронзы, латуни и других металлов. Установка в базовой комплектации способна проводить обработку в трех координатах, но возможно расширение до четырех и даже пяти осей.

Принцип действия установок сводится к следующему: с установленной в патрон заготовки режущий инструмент снимает стружку. При этом деталь во время обработки имеет возможность вращаться как в одну сторону, так и попеременно (по часовой и против).

Для единичного производства используют универсальные токарные установки. В серийном же востребованы револьверные центры. У последних процесс обработки автоматический. Оператор лишь задает нужную программу и подбирает материал.

В новейших моделях всё чаще используются лазерные технологии. Такие установки обладают рядом преимуществ. Во-первых, большей скоростью обработки, а во-вторых, наивысшей безопасностью.

Токарные металлообрабатывающие центры подразделяются на ряд подтипов:

- с приводным инструментом, с контршпинделем, с приводным инструментом и контршпинделем, с осью Y, с задней бабкой и токарные автоматы.

Преимущества ЧПУ обработки металла

Разница между результатами на полностью автоматизированном оборудовании и классическим способом очевидна. В первом случае человеческий фактор сводится, практически, к «нулю». Отсюда вытекает не только повышенная точность выполняемых работ, но и более высокая производительность. Быстродействие электронного «мозга» при отдаче рутинных, запрограммированных команд на несколько порядков выше человеческого, а отсутствие посторонних мыслей и отвлекающих факторов позволяет блоку ЧПУ выполнить последовательность операций только правильно и никак иначе.

Обработка металла на станках с ЧПУ по сравнению с ручным управлением имеет неоспоримые преимущества:

• использование комплекса из двух обрабатывающих головок, что позволяет вести механообработку сразу в двух плоскостях одновременно;
• отсутствие необходимости частой переустановки обрабатываемой заготовки;
• быстрая замена инструмента;
• регулируемая электроникой воздушно-капельная система охлаждения режущей кромки;
• высокая производительность в серийном производстве;
• изготовление штучных изделий сложной конфигурации;
• выполнение станочных работ с точностью и чистотой поверхности до седьмого квалитета;
• возможность обрабатывать резаньем не только плоскости, но и криволинейной поверхности.

Принцип работы автоматизированного комплекса

Последовательность действий при металлообработке на станке с ЧПУ включает несколько шагов:

• Оператор выставляет заготовку на рабочий стол (зажимает в кулачковый патрон) и выверяет ее с осями координат.
• Выставляет индикатор в базовую точку с координатами (0, 0, 0) и обнуляет систему координат.
• Выбирает на пульте управления соответствующую программу или запрограммированную последовательность отдельных операций.
• Встроенный декодер преобразует программные последовательности в командные сигналы для исполнительных механизмов.
• Роботизированный комплекс устанавливает в шпиндели (резцедержатели) режущий инструмент из соответствующей ячейки передвижного штабелёра.
• Автоматическая система устанавливает запрограммированные режимы скоростей вращения шпинделя и подачи режущего инструмента.
• При поступлении команды о начале работы автоматически включается система воздушно-капельного охлаждения.
• После окончания работы все узлы перемещаются в нулевое положение.

Научно-технический прогресс не стоит на месте, и новейшие металлообрабатывающие центры всё чаще оснащаются так называемым бесконтактным методом обработки деталей: лазером, плазмой и т. д. Однако специалисты не спешат заявлять, что вскоре контактная резка полностью исчезнет. Проблема современной технологии в том, что все эти методы являются высокотемпературными. А это оказывает большое влияние на структуру любого металла.