Любая группа станков имеет параметр, который ее характеризует, отличает от остальных и в определенной степени раскрывает возможности станка. Например, для токарных станков это наибольший диаметр обрабатываемых деталей (высота центров), для сверлильных станков – наибольший диаметр сверления, для расточных - наибольший диаметр шпинделя и т.д. На фрезерных центрах с ЧПУ осуществляют фрезерные, сверлильные, расточные, резьбонарезные и другие работы, и поэтому выделить какой-либо один технологический признак, характеризующий разные виды обрабатывающих центров, трудно.
Наиболее целесообразно в качестве основного параметра обрабатывающих центров принять ширину в рабочей поверхности стола, на котором устанавливают корпусную заготовку. Распределение заготовок по ширине более полно характеризует их деление на размерные группы; наибольшая высота корпусных деталей в подавляющих случаях находится в пределах наибольшей ее ширины, а по длине в каждой размерной группе деталей можно выделить подгруппы с заданными к ширине наибольшими отношениями.
Ширина рабочей части стола влияет и на другие параметры обрабатывающих центров, от которых зависят возможности станка:
- ход вдоль оси горизонтального шпинделя;
- вылет вертикального шпинделя;
- высота рабочего пространства;
- наибольшая глубина обработки;
- наименьшее расстояние от оси симметрии или рабочей поверхности стола и т.п.
Наблюдается взаимосвязь параметра В с размером конуса шпинделя (конусность 7:24). На рис. 1 показана частость применения конусов в зависимости от В, полученная в результате статистического анализа обрабатывающих центров отечественного и зарубежного производства.
Рис. 1. Применение конусов bt30 (1), bt40 (2), bt45 (3), bt50 (4) на разных видах обрабатывающих центров с ЧПУ горизонтального (а) и вертикального (6) исполнения
Для горизонтального исполнения обрабатывающих центров в основном применяют вспомогательный инструмент с конусом bt50; в зоне же средних значений B = 400-1000 мм находят применение конусы меньших размеров (bt40 и bt45). Несколько иная картина для станков вертикального исполнения. Если для обрабатывающих центров В>1000 мм, предпочтение сохраняется за конусом bt50; для В=400-1000 мм однозначного вывода сделать нельзя, хотя чаще используется конус меньшего размера (в сравнении с горизонтальным типом обрабатывающих центров для одних и тех же значений В).
ЭНИМС и ВНИИ провели соответствующую работу по упорядочению номенклатуры вспомогательного инструмента, применяемого на станках с ЧПУ, и разработали соответствующие руководящие материалы, в которых определены два размера конусов: bt40 и bt50. ЭНИМСом установлена взаимосвязь между В и номером конуса для станков сверлильно-фрезерно-расточной группы. Таким образом, параметр В можно отнести к наиболее стабильной характеристике обрабатывающих центров.
Виды обрабатывающих центров с ЧПУ встречаются в самых разнообразных компоновках с горизонтальным и вертикальным расположением шпинделя. Движения исполнительных органов станков между инструментом и обрабатываемой деталью имеют несколько видов: от вида, в котором движения совершает инструмент, до вида, где движения, кроме вращения шпинделя, выполняет стол с заготовкой. В интервале между двумя предельными видами встречаются различные промежуточные сочетания движений.
На рис. 2 показана схема движений исполнительных органов разных видов обрабатывающих центров с горизонтальным и вертикальным расположением шпинделя. На столе станка крепится обрабатываемая деталь шириной Вд, длиной Lд, и высотой Нд.Здесь ось X не изменяет своего положения (меняется только ее направление) в зависимости от исполнения шпинделя, и поэтому можно условно считать ее главной координатой, а движения исполнительных органов обрабатывающего центра в дальнейшем считать: вдоль оси X - продольными; перпендикулярно оси X в плоскости стола - поперечными; перпендикулярно плоскости стола - вертикальными.
Рис. 2. Схема движений исполнительных органов основных видов фрезерных обрабатывающих центров с горизонтальным (h) и вертикальным (v) расположением шпинделя
Если стол или стойка совершают перемещение по двум координатам, будем называть их крестово-подвижным столом или крестово-подвижной стойкой. Если стол или стойка перемещаются вдоль оси X, будем называть их продольно-подвижным столом или продольно-подвижной стойкой. Если стол или стойка двигаются вдоль оси Z (горизонтальное исполнение) или оси Y (вертикальное исполнение), будем называть их поперечно-подвижным столом или поперечно-подвижной стойкой.
В следующих статьях рассмотрим особенности обрабатывающих центров разных видов, разделив их на три блока:
- установочный, зависящий от размеров обрабатываемых деталей;
- силовой, определяемый составом и характером выполняемых операций;
- вспомогательный, обеспечивающий автоматическую смену инструмента и заготовки.
Классификация видов обрабатывающих центров
По характеру преобладающих переходов и соответственно разновидностям главного движения обрабатывающие центры с ЧПУ можно разделить на три вида:
- Фрезерно-сверлильно-расточные с главным движением - вращением инструмента и компоновкой, аналогичной фрезерным (консольным, бесконсольным), сверлильным, горизонтально-расточным.
- Токарно-сверлильные, токарно-сверлильно-фрезерные с главным движением - вращением обрабатываемой детали при компоновке, приближающейся к компоновке станков токарной группы.
- Станки с широким использованием различных видов обработки (включая строгание) и совершенно оригинальной компоновкой узлов.
Встречаются обрабатывающие центры с ЧПУ, скомпонованные как агрегатные станки, а также станки, скомпонованные из узлов, характерных для универсальных станков. Так, например обрабатывающий центр компании Jungenthal скомпонован из токарно-карусельного и фрезерного станков. Создаются обрабатывающие центры, у которых имеется два шпинделя: один для легких, другой для тяжелых работ.
В зависимости от расположения шпинделя обрабатывающие центры разделяют на горизонтальные и вертикальные. Большинство сверлильно-фрезерных и расточных обрабатывающих центров (порядка 60%) - станки горизонтального типа. Имеются виды обрабатывающих центров, шпиндель которых может менять положение оси в пространстве. Лишь небольшое число моделей обрабатывающих центров имеют такую же компоновку, как и станки токарной группы.
