Координатный обрабатывающий центр или многоцелевой станок - это металлорежущий станок, предназначенный для комплексной обработки сложных деталей путем последовательного выполнения различных видов механической обработки, имеющий систему числового программного управления (ЧПУ) и оснащенный системой автоматической смены инструментов (АСИ).
Обрабатывающие центры с ЧПУ являются универсальным оборудованием и по виду обрабатываемых заготовок и характеру преобладающих выполняемых переходов их можно разделить на три группы:
- сверлильно-фрезерно-расточные с главным движением - вращением инструмента и компоновкой, аналогичной фрезерным, расточным, сверлильным станкам, предназначенные для обработки призматических деталей;
- токарно-сверлильно-фрезерно-расточные с главным движением - вращением детали или инструмента и компоновкой, аналогичной компоновке станков токарной группы, предназначенные для обработки в основном деталей типа тел вращения;
- с выполнением разнородных переходов и оригинальной компоновкой.
Данные станки отличаются особо высокой концентрацией обработки. На них производят черновую, получистовую и чистовую обработку сложных заготовок, содержащих различные обрабатываемые поверхности, выполняют самые разнообразные технологические переходы. Во многих случаях обрабатывающие центры с ЧПУ обеспечивают высокоэффективную полную обработку деталей без переустановки и перебазирования. С этой целью в современных конструкциях фрезерных обрабатывающих центров предусматривается наличие поворотных узлов. В станках для обработки призматических деталей применяют поворотные конструкции шпиндельной головки и стола с периодическим или непрерывным движением по одной или двум (стол глобусного типа) координатам. При необходимости возможно дополнительно комплектовать станки поворотно-подвижными столами различных типов (рис. 1). Столы обеспечивают перемещение заготовки во время ее обработки с высокой точностью и большим диапазоном подач в позиционном и непрерывном режимах. Управление работой стола осуществляется от системы ЧПУ станка или от собственной автономной системы ЧПУ.
Рис. 1. Поворотно подвижный стол координатного обрабатывающего центра с ЧПУ
В станках для обработки деталей типа тел вращения предусматривается движение точного позиционирования шпинделя с заготовкой.
Для последовательного выполнения по программе большого числа разнообразных переходов обрабатывающие центры обязательно имеют быстродействующую систему автоматической смены инструмента (АСИ) манипуляторного или безманипуляторного типов. Необходимый запас инструментов создается в револьверных головках или инструментальных магазинах барабанного или цепного исполнений. Для обеспечения автоматической смены режущего инструмента при использовании инструментальных магазинов в системе АСИ применяют вспомогательный инструмент со стандартными конструкциями хвостовиков различных типов и исполнений (рис. 2).
Рис. 2. Конструктивные исполнения хвостовиков вспомогательных инструментов: а - хвостовик для ручной смены инструмента по ГОСТ 25827-93 исп. 1, ISO 297-88, DIN 2080; б - хвостовик по ГОСТ 25827-93 исп. 2, ISO 7388/1-83, DIN 69871A; в - хвостовик по ГОСТ 25827-93 исп. 3, DIN 69871/A; г - хвостовик по ISO 7388/1, DIN 69871-B; д - хвостовик MAS 403 BT; е - хвостовик HSK тип A по ГОСТ Р51547, DIN 69893
В настоящее время в современных высокоскоростных координатных обрабатывающих центрах отечественного и зарубежного производства для стабильного обеспечения требуемого качества обрабатываемых поверхностей применяют новый вид конструкции хвостовика (тип HSK) вспомогательного инструмента и его зажима в шпинделе. Такая конструкция обеспечивает высокую жесткость соединения за счет не только конусно-цанговой части, но и за счет прижима оправки к торцу шпинделя.
Рис. 3. Геометрические параметры хвостовиков вспомогательного инструмента
С целью возможности применения стандартизированного вспомогательного инструмента конструкции передних концов шпинделей координатных обрабатывающих центров унифицированы и стандартизированы (рис. 4).
Рис. 4. Конструктивные исполнения передних концов шпинделей обрабатывающих центров для обработки призматических деталей
Большинство моделей современных фрезерных центров с ЧПУ для обработки призматических деталей оснащаются системами автоматизированной смены заготовок (AC3). При этом заготовка устанавливается на сменном столе-спутнике (палете) и вместе с ним она попадает на основной стол станка.
Рис. 5. Столы-спутники для вертикальных обрабатывающих центров
Установку заготовки на стол-спутник и снятие обработанной детали производят во время работы станка. С целью обеспечения возможности применения нормализованной технологической оснастки конструкции столов-спутников в координатных обрабатывающих центрах также унифицированы и нормализованы (рис. 5 и 6).
Рис. 6. Столы-спутники для горизонтальных обрабатывающих центров
Координатные обрабатывающие центры выпускаются как с традиционной компоновкой станков соответствующих групп, так и с оригинальной. Компоновка обрабатывающих центров с ЧПУ в первую очередь определяется его технологическими возможностями, но если проанализировать новые виды современных обрабатывающих центров, у всех есть единая концепция - очень жесткая, неподвижная («рамная») базовая конструкция и «легкие» перемещаемые узлы.
Для всех станков с ЧПУ, в том числе и для обрабатывающих центров, принята единая система обозначения координат, рекомендованная международной организацией по стандартизации (ISO). Все перемещения рассматривают в прямоугольной системе основных осей координат X, Y, Z (рис. 7).
Рис. 7. Правая прямоугольная система координат обрабатывающего центра: а - вертикальная компоновка; б - горизонтальная компоновка
Положение осей координат и положительные направления перемещений относительно них принимают в соответствии с правилом правой руки (рис. 8). Ось Z совпадает или параллельна оси главного шпинделя. Положительное направление оси (+Z) соответствует направлению удаления инструмента от заготовки.
Кроме перемещений относительно основных осей координат, возможны перемещения относительно вторичных (U, V, W), параллельных основным и третичным (P, Q, R), осям.
Эффективность современных координатных обрабатывающих центров в сравнении с одноцелевыми станками достигается не только за счет сокращения времени транспортировки деталей и уменьшения подготовительно-заключительного времени, но и за счет возможности обеспечения высокоскоростной обработки заготовок как из черных, так и из цветных металлов.
Рис. 8. Правила правой руки: а - правило определения положения и направлений осей; б-правило определения положительного направления вращения вокруг осей
Приводы главного движения координатного обрабатывающего центра обеспечивают очень широкий диапазон регулирования (n max до 24000...30000 мин-1) с бесступенчатым изменением частоты вращения шпинделя.
В большинстве случаев в приводах главного движения более ранних моделей фрезерных центров применяются регулируемые электродвигатели в сочетании с шестеренными коробками диапазонов на две или три ступени. Все новейшие модели станков оснащаются высокоскоростными мотор-шпинделями. В приводах подач применяются в основном высокомоментные электродвигатели и шариковые винтовые передачи. Однако в настоящее время многие станкостроительные фирмы предлагают координатные обрабатывающие центры с принципиально новыми приводами подач, оснащенными линейными двигателями, обеспечивающими перемещения подвижных узлов с максимальными скоростями до 120...200 м/мин.
Координатные обрабатывающие центры имеют чаще всего контурную или комбинированную микропроцессорную систему ЧПУ, обеспечивающую автоматическое управление с высокой степенью точности и гибкости при многокоординатной обработке разнообразных деталей.
Шести - и более координатные обрабатывающие, называемые «гексаподами», в основном применяются в области авиакосмических технологий при обработке сложных профилей у деталей из труднообрабатываемых материалов. Наибольшее распространение получили 3 и 5 координатные фрезерные обрабатывающие центры пятикоординатные станки, используемые на производствах самого широкого профиля.
Современные многоцелевые станки отличаются высокой точностью перемещений узлов, жесткостью конструкции и наличием надежных многофункциональных систем ЧПУ. Благодаря этому имеется возможность контроля обрабатываемых заготовок и деталей непосредственно на станке при помощи измерительных головок без передачи изделия на координатно-измерительные машины.
Для координатных обрабатывающих центров любой модели технологические возможности определяются помимо обычных параметров технической характеристики рядом специфических показателей. К ним в первую очередь относятся: емкость инструментального магазина, характеристика инструментального блока, время смены инструмента, размеры рабочего пространства, количество столов-спутников, их размеры, время смены столов-спутников, тип системы управления, число одновременно управляемых координат, дискретность и точность перемещений по координатам и др. Наличие информации о технических характеристиках и конструктивных особенностях современных обрабатывающих центров позволит правильно выбирать и эффективно применять их в условиях переналаживаемых производств как в виде самостоятельных единиц оборудования, так и в составе гибких производственных систем (ГПС).
