Обрабатывающий Центр С Чпу По Металлу (фрезерный ОЦ)

На многооперационных станках (обрабатывающие центры, многоцелевые станки) выполняют фрезерование, сверление, растачивание и другие виды обработки. Основная идея заключается в том, чтобы выполнять на одном станке максимальный объем обработки при наименьшем числе установок заготовки.

Термин «обрабатывающий центр» (MACHINING CENTRE) очень часто ассоциируется с автоматической сменой инструмента возможно потому, что первый станок, действительно отвечавший этому наименованию, был оборудован устройством для автоматической смены инструмента. Имеются, однако, многооперационные станки, в которых смена инструмента осуществляется вручную. Эффективность и экономичность таких станков по сравнению со станками с автоматической сменой инструмента почти полностью зависит от того, насколько редко требуется менять инструменты, что определяется соответствующим подбором подходящей работы, а также более низкой стоимостью самих станков. При сравнении одношпиндельного станка с ручной сменой инструмента со станком с автоматической сменой инструмента полное штучное время при обработке на первом из них полностью зависит от оператора, который отвечает за смену инструмента. С этой точки зрения, а также учитывая часто очень высокую стоимость устройства автоматической смены инструмента, экономичным компромиссным решением может оказаться следующий подход - использовать обрабатывающие центры с ЧПУ с револьверной головкой, имеющей шесть или восемь положений. Такие станки можно рекомендовать для обработки деталей типа плоских плит с отверстиями разных размеров, когда требуется также проведение небольшой расточки или прямолинейного фрезерования.

Основным направлением по ускорению научно технического прогресса является широкая автоматизация на основе применения автоматизированных станков, машин и механизмов, робототехнических комплексов и вычислительной техники. Основой развития современного машиностроительного производства являются обрабатывающие центры. Обрабатывающие центры с чпу по металлу обеспечивают комплексную обработку сложных деталей с разных сторон без их перебазирования и, как правило, имеют автоматическую смену инструмента. Эти станки выпускают для обработки корпусных заготовок и типа тел вращения. На них можно сверлить, зенковать, развертывать, растачивать, нарезать резьбу, фрезеровать плоские поверхности и контуры.

Обрабатывающий центр с чпу по металлу - это многофункциональный станочный комплекс с числовым программным управлением. Обрабатывающий центр (ОЦ) оснащён подвижным рабочим столом (одним или несколькими) и системой автоматической смены инструмента. Фрезерный центр способен обрабатывать заготовки из различных материалов. Обрабатывающий центр приобретает широкие технологические возможности, при правильном использовании поворотного стола, большого набора инструментов и значительного диапазона изменений частот вращения шпинделя и скоростей подач.

Помимо основной рабочей операции, связанной с изменением формы и размеров заготовки, на станке необходимо осуществлять и вспомогательные операции для смены заготовок, их зажима, измерения, операции по смене режущего инструмента, контроля его состояния и состояния всего станка. Собственно станок подразделяется на несколько важнейших частей, обычно называемых узлами.

Производительность обрабатывающих центров в 3-8 раз выше, чем у обычных станков. Это происходит за счет резкого сокращения вспомогательного времени и тем самым увеличения доли машинного времени до 60-70% в общем цикле обработки. Вспомогательное время уменьшается благодаря автоматической смене инструмента, высокой скорости позиционирования рабочих органов станка и т. д. В современных станках время переналадки еще более уменьшается вследствие применения сменных инструментальных магазинов с заранее налаженным на размер режущим инструментом. Для сокращения времени загрузки заготовок и съема готовых деталей на обрабатывающих центрах с чпу по металлу используются устройства для автоматической смены приспособлений – спутники, маятниковые столы, несколько поворотных столов, работающих поочередно. Иногда один из столов имеет механизм периодического поворота, предназначенный для последовательной обработки деталей с нескольких сторон, а второй может поворачиваться непрерывно для обработки цилиндрических и сложных криволинейных поверхностей. Машинное время обработки снижается за счет интенсификации и оптимизации режимов резания, применения современных высокопроизводительных режущих инструментов, увеличения мощности главного привода и диапазона частот вращения шпинделя, повышения жесткости и виброустойчивости станков.

Обрабатывающие центры являются основой для гибких производственных модулей (ГПМ). Гибкие производственные модули в своем составе объединяют технические системы и устройства, функционально необходимые для выполнения сложных технологических операций.

В состав гибких производственных модулей для механической обработки входят одна или две единицы основного технологического оборудования (обрабатывающие центры) с устройствами ЧПУ, вспомогательное оборудование для смены заготовок и инструмента (накопитель, автооператор или промышленный робот), удаления стружки, контроля качества обработки, контроля и подналадки технологического процесса. Гибкий производственный модуль, предназначенный для автономной работы, в автоматическом режиме выполняет многократно заданные циклы обработки, имеет возможность встраиваться в гибкую производственную систему более высокого уровня.

Обрабатывающие центры с чпу по металлу бывают вертикальной и горизонтальной компоновки. Вертикальные обрабатывающие центры предназначены для обработки крупных заготовок или заготовок, обрабатываемых с одной стороны. При использовании многопозиционных и поворотных приспособлений можно вести обработку заготовок с нескольких сторон. Этому способствуют и автоматически сменяемые головки с различным расположением шпинделей. Горизонтальные обрабатывающие центры предназначены для обработки заготовок с двух-четырех, а иногда и пяти сторон, в последнем случае шпиндельные головки имеют поворот вокруг горизонтальной и вертикальной оси. Широко применяют при проектировании обрабатывающих центров принцип агрегатирования.

Системы ЧПУ, работающие с обрабатывающими центрами, имеют ряд особенностей:

• большой объем программы;
• большое число управляемых по программе координат (до 7-8);
• обеспечение высокой точности перемещений рабочих органов;
• широкий диапазон регулирования скоростей приводов главного движения и подач;
• высокие требования к надежности.

Системы ЧПУ должны работать как в автономном режиме, так и от управления верхнего уровня. Системы обеспечивают направление и величину рабочих перемещений, выдают команды на выполнение вспомогательных функций: автоматический поиск инструмента и его смену после обработки, установку шпинделя в определенное положение при смене инструмента, изменение режимов обработки, включение и отключение системы СОЖ в зону обработки, реверс шпинделя при выполнении резьбонарезных операций, фиксации механизмов после их позиционирования, осуществление автоматических циклов обработки; включение, включение и индексирование поворотных столов и т.д. Наиболее совершенны для обрабатывающих центров с чпу по металлу системы типа CNC, построенные по принципу ЭВМ, которые наиболее полно отражают перечисленные выше требования.

• Главный привод обрабатывающего центра (Рис. 1) сообщает движение инструменту или заготовке для осуществления процесса резания с соответствующей скоростью. У подавляющего большинства станков главный привод сообщает вращательное движение шпинделю, в котором закреплен режущий инструмент или заготовка.
• Привод подачи фрезерного центра (Рис. 1) необходим для перемещения инструмента относительно заготовки (или наоборот) для формирования обрабатываемой поверхности. У подавляющего большинства станков привод подачи сообщает узлу станка прямолинейное движение. Сочетанием нескольких прямолинейных, а иногда и вращательных движений можно реализовать любую пространственную траекторию.
• Привод позиционирования необходим во многих видах оборудования для перемещения того или иного узла станка из некоторой исходной позиции в другую заданную позицию, например, когда выполняется последовательная обработка отверстий на сверлильном станке с чпу или нескольких параллельных плоскостей на одной и той же заготовке. Во многих современных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) функции приводов подачи и позиционирования выполняет один общий привод.
• Несущая система (Рис. 1) обрабатывающего центра по металлу состоит из последовательного набора соединенных между собой базовых деталей. Соединения могут быть неподвижными (стыки) или подвижными (направляющие). Несущая система обеспечивает правильность взаимного расположения режущего инструмента и заготовок под воздействием силовых и температурных факторов.
• Манипулирующие устройства необходимы для автоматизации различных вспомогательных движений в обрабатывающем центре, для смены заготовок, их зажима, перемещения или поворота, смены режущих инструментов, удаления стружки и т.п. Современный многооперационный станок имеет набор манипуляторов транспортёров, поворотных устройств, а в некоторых случаях обслуживается универсальным манипулятором с программным управлением (промышленным роботом).
• Контрольные и измерительные устройства необходимы в обрабатывающем центре по металлу для автоматизации и наблюдения за правильностью его работы. С помощью них контролируют состояние наиболее ответственных узлов станка, работоспособность режущего инструмента, измеряют заготовки и изделие. При достаточно высоком уровне автоматизации результаты контроля измерения поступают в управляющее устройство, а оттуда в виде управляющих сигналов корректируют положение узлов станка.

Рис. 1. Узлы обрабатывающего центра с чпу

Рассмотрим возможные кинематические схемы современного металлообрабатывающего оборудования. На рис. 2, а представлен вертикальный 3-х координатный обрабатывающий центр. Реализация линейного перемещения в плоскости XY осуществляется движением стола относительно шпинделя, перемещающегося вдоль оси Z. В случае горизонтального расположения шпинделя (рис. 2, б), совершающего движение вдоль оси Y, стол обрабатывающего центра перемещается в плоскости XZ.

Рис. 2. Кинематика обрабатывающего центра: а - вертикального 3-х координатного ОЦ; б - горизонтального 3-х координатного ОЦ

Для того, чтобы фрезерный обрабатывающий центр с чпу из 3-х координатного стал 4-х или 5-ти координатным оборудованием - необходимо установить на основной стол станка дополнительный поворотный стол. На рис. 3, а представлен вертикальный 4-х осевой станок с дополнительно установленным поворотным столом, реализующем ось А (вращение вокруг оси Х). На рис. 3, б поворотный стол горизонтально фрезерного обрабатывающего центра встроен изначально и реализует ось В (вращение вокруг оси Y).

Рис. 3. Кинематика 4-х координатного обрабатывающего центра по металлу, с поворотным столом: а - вертикальный (ось А); б -горизонтальный (ось В)

На рис. 4, а представлена кинематика 5-ти координатного обрабатывающего центра с чпу по металлу с поворотными осями B (наклон стола) и C (вращение стола). Линейное перемещение по оси Х реализуется продольным движением суппорта, по оси Y – поперечным движением колонны со шпиндельным узлом, Z – вертикальным движением фрезерной головки. На рис. 4, б представлена аналогичная конструкция станка, но наклон стола выполняется вокруг оси X, т.е. реализуется поворотная ось А.

Рис. 4. Кинематика вертикального 5-ти координатного обрабатывающего центра с чпу с поворотным столом: а -  оси В и С; б - оси А и С.

Отличительной особенностью представленного на рис. 5, а обрабатывающего центра с чпу является расположение стола, реализующего координату В. Вращение по оси В происходит под углом 45° к вертикали. Отметим, что изображенные на рис. 4, а,б и 5, а станки имеют идентичные технологические возможности, а основным отличием является конструктивные особенности реализации вращения стола.

На рис. 5, б представлен станок портального типа с поворотной фрезерной головкой, имеющей две степени свободы и реализующей оси А и С. Стол станка неподвижен. Фрезерный ОЦ данного типа применяются, как правило, для обработки крупногабаритных деталей.

Рис. 5. Кинематика 5-ти координатного обрабатывающего центра: а - с поворотным столом (оси В и С); б - с поворотной фрезерной головкой (оси А и С)

Обрабатывающие центры смешанного типа имеют в своей конструкции вращающийся стол (как правило ось С) и поворотный шпиндельный узел. Реализация вращения фрезерной головки определяется конструкцией станка и может быть различна. На рис. 6, а ось вращения шпинделя выполнена под углом 45° к оси Z, а на рис. 6, б под прямым углом.

Рис. 6. Кинематика 5-ти координатного обрабатывающего центра с поворотной фрезерной головкой (ось В) и вращающимся столом (ось С)

Как отмечалось выше, для ряда групп деталей летательного аппарата в технологическом процессе механической обработки необходимо предусмотреть как токарные операции, так и фрезерные. С целью повышения производительности процесса, качества и точности изготовления, а также снижения трудоемкости изготовления находят все большее применение токарно-фрезерные обрабатывающие центры с чпу (рис. 7).

Рис. 7. Кинематическая схема 5-ти координатного токарно-фрезерного обрабатывающего центра

На рис. 7 представлена наиболее простая кинематика токарно-фрезерного обрабатывающего центра с точки зрения управляемых осей (5-ти осевой). Линейные перемещения X, Y, Z реализуются шпиндельным узлом с поворотной осью B, в которой могут находится как токарный инструмент для выполнения операции точения и растачивания, так и фрезерный. Вращение токарного шпинделя осуществляется в оси C.

На рис. 8 представлен токарно-фрезерный обрабатывающий центр с чпу по металлу, который оснащен дополнительными осями Х2, Z2 – вертикальное и горизонтальное перемещение револьверной головки, служащей для установки и индексирования инструмента, и осью C2 – контршпиндель. Кинематика фрезерного узла аналогична представленному на рис. 7 шпинделю и реализует линейное перемещение по трем координатам и одно вращение. Револьверная головка может использоваться как для обработки со стороны контршпинделя (рис. 8) и тогда есть возможность вести одновременную обработку двух деталей, так и со стороны главного токарного шпинделя (рис. 9), что позволит повысить производительность за счет обработки детали одновременно двумя инструментами.

Рис. 8. Кинематическая схема токарно-фрезерного обрабатывающего центра

Некоторые токарно-фрезерные обрабатывающие центры имеют в своей конструкции контршпиндели, способные кроме вращения совершать горизонтальные перемещения по оси W. Кинематическая схема 9-ти осевого обрабатывающего центра представлена на рис. 9.

Станки с такой кинематикой имеют возможность выполнять перехват заготовки с основного шпинделя в контршпиндель и обратно в автоматическом режиме. Это позволяет сократить время на переналадку оборудования и по факту выполнять два установа как один, что положительно сказывается как на точности обработки, так и на производительности процесса.

Если Вас заинтересовали и вы хотите купить обрабатывающий центр с чпу по металлу за оптимальную цену - обращайтесь в офис нашей компании. Сотрудничество напрямую с производителем позволяет значительно сократить расходы предприятий.

Рис. 9. Кинематическая схема 9-ти координатного токарно-фрезерного обрабатывающего центра