Токарные станки с ЧПУ – современные технологии в обработке металла и дерева

Огромные технологические возможности по производству качественных деталей из металла, отличающихся высокой точностью своих геометрических параметров, предоставляет современный токарный станок с ЧПУ. Такие станки, выпускаемые отечественными, а также зарубежными производителями, характеризуются высокой эффективностью и исключительной надежностью.

Токарный станок с ЧПУ с револьверной головкой на 12 позиций

Конструктивные особенности станков

Токарные станки с ЧПУ, используемые в наше время на многих производственных предприятиях, — это современное оборудование, позволяющее выполнять обработку деталей из металла, характеризующуюся высокой точностью. Это обеспечивается следующими конструктивными особенностями такого оборудования:

• в передаточных устройствах привода подобных станков практически полностью отсутствуют зазоры;
• все несущие элементы, узлы и механизмы, входящие в конструкцию токарного станка с ЧПУ обладают высокой жесткостью;
• кинематические цепи оборудования специально разработаны таким образом, чтобы их длина была минимальной, а также чтобы минимальным было количество механических передач, которые их составляют;
• в конструкции токарных агрегатов предусмотрены специальные сигнализаторы, отвечающие за обратную связь;
• такие устройства отличаются повышенной устойчивостью против вибрационных нагрузок, обязательно возникающих в процессе их работы;
• гидравлические, а также другие узлы токарного оборудования перед началом работы предварительно разогреваются при помощи специальных систем, что минимизирует риск возникновения тепловых деформаций в процессе выполнения обработки.

На токарные станки с ЧПУ устанавливаются направляющие, характеризующиеся повышенной износостойкостью и пониженным коэффициентом трения, что очень важно для обеспечения высокой точности выполнения токарных работ по металлу. Благодаря таким характеристикам направляющих агрегата снижается уровень рассогласования в его контролирующей системе, и все подвижные механизмы перемещаются по заданным параметрам с максимальной точностью.

Направляющие узлы токарного станка, где предусмотрены элементы качения, в качестве которых преимущественно используются ролики, разработаны и изготовлены так, чтобы при работе на высоких скоростях и при их интенсивном нагреве коэффициент трения в них оставался неизменным.

Закаленные направляющие станины станка TRENS-SE-520

Естественно, направляющие токарных станков, на которых обработка деталей из металла выполняется на высоких скоростях, должны отличаться повышенной жесткостью. Обеспечивается это требование благодаря тому, что направляющие подвергаются предварительному натягу, который выполняют с помощью специальных регулирующих механизмов. Для снижения сил трения в направляющих узлах суппорта агрегата и его станины, работающих по принципу скольжения, их изготавливают на основе пар материалов: качественный износостойкий пластик (как правило, фторопласт) плюс чугун или сталь.

Направляющие токарных станков, оснащенных системами ЧПУ, могут располагаться в горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскостях. В зависимости от этого модели агрегатов причисляют к определенной категории.

Чтобы обеспечить высокую жесткость несущим элементам токарного оборудования с ЧПУ, их выполняют в коробчатой форме с обязательными поперечными и продольными внутренними ребрами. Для изготовления данных элементов используют технологии литья и сварки. Если раньше для выполнения несущих элементов токарных станков по металлу использовали только чугун или сталь, то сейчас многие зарубежные производители выполняют колонны, станины, а также салазки таких агрегатов из бетона с добавлением полимеров или искусственного гранита, что придает им высокую жесткость и повышенную устойчивость к вибрационным нагрузкам.

Важнейшим элементом любого металлорежущего оборудования, в том числе и токарной группы, является шпиндельный узел, испытывающий значительные нагрузки в процессе работы. Именно поэтому все базовые и посадочные поверхности такого узла, а также его шейки, должны отличаться повышенной износоустойчивостью. Подшипники, которые устанавливаются в опоры узла, обеспечивают точность его вращения, к ним предъявляют повышенные требования по степени их износоустойчивости.

Передняя бабка с патроном станка SN-500

На токарных станках, оснащенных системой ЧПУ, шпиндельный узел характеризуется более сложной конструкцией.

Объясняется это тем, что в данный элемент устанавливают ряд дополнительных: зажимные механизмы для рабочих приспособлений, работающие в автоматическом режиме, индикаторы, отвечающие за автодиагностику оборудования и за адаптивный контроль над процессом выполнения обработки. На токарных станках данной категории шпиндельный узел (по оси его вращения) может быть расположен в горизонтальной, а также в вертикальной плоскости.

Как выбрать?

Для того чтобы грамотно подобрать станок для обработки металлов, необходимо тщательно изучить конструктивные особенности доступных моделей и изучить их характеристики.

В первую очередь обратить внимание следует на следующие параметры:

• конфигурацию деталей;
• точность и качество обработки поверхностей;
• габариты станка;
• предельную массу заготовок;
• доступные режимы обработки;
• мощность устройства;
• планируемый объем производства;
• производительность станка.

Маркировка токарного оборудования с ЧПУ

Система автоматизированного управления станков токарной группы может быть организована по трем основным схемам.

Контурная

Данная схема предполагает программирование траектории перемещения (криволинейной в том числе) рабочего инструмента и контроль над правильностью осуществления данной процедуры.

Позиционная

При реализации такой схемы программируются координаты точек, в которых должен оказаться рабочий инструмент после выполнения определенной технологической операции.

Адаптивная

Данная схема предполагает совмещение принципов работы двух предыдущих.

По маркировке отечественного токарного оборудования, оснащенного ЧПУ, достаточно просто определить категорию такого устройства.

Буквенно-цифровое обозначение, стоящее в конце маркировки, как раз и указывает на то, по какой системе в данном станке организовано числовое программное управление:

• Ф1 — станки, в которых рабочий инструмент перемещается по предварительно заданным координатам, при этом в них предусмотрена цифровая индикация;
• Ф2 — модели, где перемещение инструмента реализовано по позиционной схеме;
• Ф3 — токарное оборудование, в котором реализована контурная схема управления движением инструмента;
• Ф4 — модели токарных станков с ЧПУ с адаптивной (универсальной) системой управления.

Маркировка токарных станков с ЧПУ

В маркировке некоторых моделей токарных станков с ЧПУ можно встретить буквенно-цифровое обозначение С1-С5, которое говорит о том, что такое оборудование отличается особыми технологическими возможностями. В частности, модели, в маркировке которых присутствуют обозначения С1 и С2, обладают невысоким пределом подач и небольшим диапазоном их регулировки. А вот агрегаты, в маркировке которых есть символы С3, С4 и С5Т, наоборот, имеют увеличенный диапазон подач и отличаются широкими возможностями по их регулировке.

Благодаря своим расширенным возможностям модели станков, в чьей маркировке присутствуют символы С4 и С5, можно использовать для эффективного выполнения многих технологических операций, например, нарезания наружной и внутренней резьбы, обработки заготовок, имеющих цилиндрическую, коническую и фасонную форму, в том числе и ступенчатую. Стоит отметить, что обрабатывать на таких станах можно как наружные, так и внутренние поверхности, отличающиеся сложностью своей конфигурации.

Особенности программирования станков

Чтобы использование токарных станков, оснащенных системой ЧПУ, было максимально эффективным, необходимо тщательно разработать технологический процесс обработки, а также составить программу, которая будет управлять работой оборудования. При решении этих вопросов надо учитывать ряд важных параметров: необходимость увязки систем координат оборудования, расположения на нем обрабатываемой заготовки и исходного положения рабочего инструмента с его дальнейшими перемещениями, которые он должен автоматически совершать в процессе работы.

Принцип числового программного управления токарным станком

При составлении программы для такого станка принимают во внимание, что рабочий инструмент перемещается по координатным осям обрабатываемой детали, которая находится в неподвижном состоянии. Что важно, он перемещается в прямолинейном направлении по осям, параллельным осям обрабатываемой заготовки.

Суть программирования отдельной технологической операции, выполняемой на таком станке, заключается в том, что компьютерной программой описывается маршрут, который должен пройти режущий инструмент, чтобы сформировать деталь с заданными геометрическими параметрами.

При составлении такой программы придерживаются следующего алгоритма.

• Технологический процесс делится на три этапа: черновая, чистовая и отделочная обработка. Чтобы повысить производительность выполнения работ и снизить их трудоемкость, черновые и чистовые операции стараются объединить.
• Чтобы минимизировать погрешности фиксации и базирования обрабатываемой детали, ее технологические и конструкторские базы совмещают по определенным правилам.
• Полную обточку детали желательно выполнить с минимальным количеством ее установок.
• Необходимо придерживаться рационального подхода к вопросам обработки заготовок. Это предполагает, к примеру, обточку частей цилиндрических и конических заготовок с небольшой жесткостью только после того, как выполнена обработка их участков, отличающихся достаточной жесткостью.

В технологическом процессе, который предполагает использование для обработки токарных станков, оснащенных ЧПУ, под отдельной операцией понимается обработка, выполняемая на одном станке. При этом такие операции могут разделяться на отдельные переходы, подразделяемые на самостоятельные проходы.

Переходы, которые может выполнять токарный станок, оснащенный ЧПУ, делятся на позиционные, элементарные, инструментальные и вспомогательные.

Существуют определенные правила разработки программ последовательности работы с обрабатываемой заготовкой, придерживаясь которых можно обеспечить высокое качество готового изделия. В соответствии с этими правилами, в компьютерной программе для токарного станка задаются следующие параметры: число переходов и проходов, общее количество установок, вид обработки, которой подвергают заготовку, количество режущих элементов и их типоразмеры. Если технические возможности оборудования позволяют, то желательно все инструменты, участвующие в работе, помещать в один резцедержатель.

Револьверная головка SAUTER для токарного станка с ЧПУ

Но не всегда резцедержатели агрегата позволяют установить в них все элементы, которые участвуют в обработке. В таких случаях, не являющейся большой редкостью, в управляющей программе предусматривают приостановку работы, которая необходима для замены инструмента. Кроме того, при использовании таких станков можно разбить процесс обработки на несколько частей, чтобы не приостанавливать его для замены инструмента. Большая часть моделей токарных станков с системами ЧПУ оснащена резцедержателями, в которых можно зафиксировать ограниченный набор режущих инструментов. В большинстве случаев для работы таких устройств используют инструмент, оснащенный многогранными режущими пластинами. Чтобы быстро привести его в порядок, если режущая грань износилась, достаточно просто повернуть пластину и продолжить работу.

Среди наиболее распространенных инструментов, которыми оснащаются токарные агрегаты с ЧПУ, можно отметить следующие: для растачивания — резцы, режущие пластины которых наплавлены или закреплены механическим способом; для нарезания резьбы — трехгранные сборные резцы; для обработки отверстий и выполнения подрезки — ромбические резцы с твердосплавными пластинами. Все инструменты устанавливаются в резцедержателе в той последовательности, в которой они участвуют в обработке. Точкой отсчета, задаваемой в компьютерной программе управления, является закругление при вершине резца или сама его вершина.

Токарный станок с ЧПУ DMTG модель CKE6150Z

Подсистема обратной связи

Главные элементы подсистемы обратной связи — датчики, функционирующие как измерительная система. Они контролируют положение и скорость работы ножа. Блок управления принимает сигналы и создает новые, основываясь на исчислении разницы между настоящими и заданными параметрами.

Справка : Главная задача системы обратной связи заключается в обеспечении УС информацией о настоящем положении исполнительного элемента устройства и о скорости, с которой функционируют двигатели.

Приводы и вспомогательные устройства

В токарных станках с ЧПУ невысокой и значительной мощности используют различные типы электродвигателей, которые служат приводом главного движения. В первом случае преимущественно используют электродвигатели постоянного тока, во втором — переменного. Отечественные производители, выпускающие станки данной категории, оснащают их электродвигателями асинхронного типа с четырьмя полюсами, которые способны без сбоев работать даже в самых сложных условиях: при наличии в окружающей атмосфере частичек масла, металлической пыли и мелкой стружки. Не страшны таким электродвигателям и критические перегрузки, которые они успешно переносят.

Приводной механизм настольного токарного станка D250x550 CNC

Для привода механизма подач токарных станков с ЧПУ применяются электродвигатели синхронного и асинхронного типа, но чаще всего используют двигатели первого типа, оснащенные индикаторами обратной связи, тормозными элементами, а также магнитами, изготовленными из редкоземельных химических элементов. Для управления такими двигателями в электрической схеме токарных станков используются цифровые преобразователи.

В том случае, если на оборудовании установлен асинхронный двигатель, для управления им необходим частотный преобразователь, собранный на микропроцессорах. При использовании таких электродвигателей на станках устанавливается специальный программатор, оснащенный экраном графического или цифрового типа.

Панель управления токарного станка Trens

На токарных станках, управляемых компьютерными программами, обязательно устанавливаются вспомогательные устройства, к которым относятся:

• загрузочные механизмы;
• механизмы, обеспечивающие зажим заготовки;
• смазывающие устройства;
• устройства, предназначенные для уборки стружки, которая образовывается в процессе обработки;
• механизмы, предназначенные для быстрой смены инструментов.

В отличие от подобных приспособлений, использующихся на обычных станках, данные устройства отличаются высокой производительностью и надежностью своей работы.

Принцип работы CNC

Функционирование ЧПУ станка осуществляется в следующей последовательности:

• Для начала программа по обработке деталей вводится в блок управления устройства.
• В нем осуществляется весь процесс обработки данных, он готовит все команды движения и посылает их в систему привода.
• Привод осуществляет контроль движения и скорость блоков изделия.
• Система обратной связи запоминает данные о местонахождении и скорости передвижения осей и направляет сигнал в блок управления.
• В БУС происходит сравнение сигналов обратной связи с начальными и если есть ошибки, то он их исправляет и направляет в механизм исполнения новые сигналы, чтобы скорректировать процесс.
• Пульт управления с экраном применяется для просмотра команд оператором.