Обрабатывающие центры с ЧПУ предназначены для комплексной обработки деталей различными видами инструментов, с программным управлением и автоматической сменой инструментов. Возможности обрабатывающих центров используют главным образом для обработки корпусных деталей, плит, кронштейнов и других деталей, имеющих большое число отверстий, требующих обработки с различных сторон.
По некоторым статистическим данным корпусные детали составляют более половины всех обрабатываемых деталей на станках данного типа. На обрабатывающих центрах обрабатываются с одной установки в автоматическом цикле все поверхности, кроме базовой (при наличии поворотного стола), а при автоматической переустановке детали может обрабатываться и последняя. Проведенный анализ показал, что 32% корпусных деталей подлежат обработке с двух - четырех сторон и примерно 50% - с пяти-шести сторон. В последнем случае необходимо вращение детали вокруг двух осей или ее переустановка.
Большинство обрабатывающих центров применяют для сверления, зенкерования, развертывания, растачивания отверстий, торцовой подрезки, фрезерования фасонных контуров и плоскостей, нарезания резьбы. Причем на сверление и нарезание резьбы на обрабатывающих центрах затрачивается 70% времени, на фрезерование - 20%, растачивание - 10%. Помимо обрабатывающих центров, выполняющих указанные операции и созданных на базе компоновок сверлильных, горизонтально-расточных и фрезерных станков, распространены компоновки обрабатывающих центров на базе токарных станков.
Комплект необходимых инструментов может находиться непосредственно в магазинах, в шпинделях, расположенных на одной или нескольких револьверных головках или в магазинах. Некоторые обрабатывающие центры снабжены револьверной головкой и магазином. В обрабатывающих центрах с револьверными головками с числом инструментов до 8-12 смена инструмента осуществляется поворотом револьверной головки, содержащей шпиндельные узлы с инструментом, в рабочую позицию, на которой шпиндель приводится во вращение. В некоторых случаях в револьверной головке установлены только инструменты, которые в рабочей позиции поочередно приводятся во вращение шпинделем.
В обрабатывающих центрах с ЧПУ, имеющих магазины, извлечение нового инструмента из магазина и отработавшего из шпинделя, постановка нового на посадочное место в шпинделе и отработавшего - в магазин осуществляются с помощью специального автооператора, а иногда при взаимном перемещении шпиндельного узла или магазина (за 2-10 с).
Для создания больших возможностей обработки деталей на обрабатывающих центрах с различных сторон эти станки снабжают помимо основных столов, имеющих перемещение по трем координатам, поворотными столами, имеющими поворот вокруг вертикальных, а иногда и горизонтальных осей. Применение так называемых глобусных (наклонно-поворотных) столов позволяет вести обработку при вращении детали вокруг наклонной оси с одновременным вращением вокруг двух осей. По числу возможных перемещений и числу управляемых координат обрабатывающие центры могут быть трехкоординатными, когда детали сообщается перемещение по двум горизонтальным и одному вертикальному направлению, четырех-, пяти-, шестикоординатными, когда к первым трем добавляются круговые перемещения соответственно вокруг трех осей.
Обрабатывающих центры с ЧПУ характеризуется наиболее высоким уровнем автоматизации и производительности, более высокими требованиями к точности изготовления деталей, сборочных единиц, системе управления, чем это имеет место по отношению к универсальным станкам. Можно считать, что производительность при обработке на обрабатывающем центре по сравнению с универсальными станками увеличивается в среднем в 3-8 раз при окупаемости подобных станков за 2-5 лет.
Большая эффективность от применения обрабатывающих центров получается при обработке более сложных деталей, требующих повышенной точности. Эффективность от использования возможностей фрезерных обрабатывающих центров с ЧПУ имеет различные характеристики:
- машинное время в цикле обработки повышается до 60-75% вместо 25-35% на универсальных станках;
- сокращается вспомогательное время за счет высокого уровня автоматизации (автоматической смены инструментов и кантования или автоматической смены деталей с малыми затратами времени; высоких скоростей холостых ходов - до 10-15 м/мин; подналадки инструментов вне станка; исключения контрольных операций; применения двух считывающих устройств и т. д.).
Повышение точности достигается в результате ликвидации перебазирования деталей и обработки связанных между собой поверхностей жесткими допусками положения от одной базы. Достигается сокращение производственного цикла, высвобождение площадей. Повышается мобильность производства при переходе от обработки одних деталей к другим, что особенно важно для мелкосерийного производства, сокращается внутрицеховой транспорт, высвобождается рабочая сила из-за уменьшения числа обслуживаемых станков, контрольных операций и транспортных функций.
Лучшие обрабатывающие центры предоставляют возможность, удобного и относительно быстрого ввода коррекции на длину и радиус инструментов; повышения эффективности использования программного управления; сокращения сроков освоения новых изделий; сокращения межоперационных заделов. Следует признать исключительно удачным определение обрабатывающих центров как станков интегрального класса. Отнесение обрабатывающих центров к этой группе вытекает из стройной схемы развития автоматизированных станков.
Рис. 1. Зависимость себестоимости обработки С от числа обрабатываемых деталей N: 1 - на универсальных станках; 2 - с применением обрабатывающих центров
Повышение производительности достигается как за счет специализации станков, так и за счет концентрации операций на одном станке. На обычных агрегатных станках осуществляется параллельная концентрация операций. Следующей стадией развития является последовательная концентрация операций, т.е. интеграция операций с наибольшей автоматизацией вспомогательных функций в результате главным образом программного управления и мероприятий по ускорению переналадки. Последнее создает условия для эффективного использования обрабатывающих центров в мелкосерийном производстве с партией в отдельных случаях 5-10 шт. (группа A) (рис. 1 и 2).
Объем механической обработки деталей, изготовляемых в мелкосерийном и среднесерийном производствах (где особенно эффективно применение обрабатывающих центров с ЧПУ), составляет примерно 75-80% объема механической обработки всей номенклатуры деталей, обрабатываемых этим способом. Так как по тем же данным в ближайшие 20 лет можно ожидать удвоение номенклатуры изделий, то вопрос о более широком применении обрабатывающих центров является особенно актуальным.
Развитию станков с ЧПУ вообще, и в частности обрабатывающих центров дающих широкие возможности, уделяется исключительно большое внимание. В нашей стране создаются обрабатывающие центры с широким использованием принципов унификации и агрегатирования, гаммы обрабатывающих центров на основе базовой модели. Эффективно внедряется управление отдельными станками и целыми комплексами этих станков по единой сети с автоматизацией составления программ.
Рис. 2. График изменения себестоимости С обработки деталей на станках разного типа: А - общее число изделий, шт; Б - число деталей в партии, шт; В - производительность обработки, шт/ч; І - широкоуниверсальные станки инструментального типа; ІІ - универсальные станки; ІІІ - станки общего назначения; ІV - специальные станки; V - автоматические линии; 1 - станки с программным управлением; 2 - станки без программного управления; 3 - быстропереналаживаемые станочные линии с использованием обрабатывающих центров
