Токарний верстат з ЧПУ по металу – характеристики і моделі

Величезні технологічні можливості по виробництву якісних деталей з металу, що відрізняються високою точністю своїх геометричних параметрів, надає сучасний токарний верстат з ЧПУ. Такі верстати, що випускаються вітчизняними, а також зарубіжними виробниками, характеризуються високою ефективністю і винятковою надійністю.

Токарний верстат з ЧПУ з револьверною головкою на 12 позицій

Конструктивні особливості верстатів

Токарні верстати з ЧПУ, які використовуються в наш час на багатьох виробничих підприємствах, — це сучасне обладнання, що дозволяє виконувати обробку деталей з металу, що характеризується високою точністю. Це забезпечується наступними конструктивними особливостями такого обладнання:

• у передавальних пристроях приводу подібних верстатів практично повністю відсутні зазори;
• всі несучі елементи, вузли і механізми, що входять у конструкцію токарного верстата з ЧПУ володіють високою жорсткістю;
• кінематичні ланцюги обладнання спеціально розроблені таким чином, щоб їх довжина була мінімальною, а також щоб мінімальною була кількість механічних передач, які їх складають;
• у конструкції токарних агрегатів передбачені спеціальні сигналізатори, які відповідають за зворотний зв’язок;
• такі пристрої відрізняються підвищеною стійкістю проти вібраційних навантажень, обов’язково виникають в процесі їх роботи;
• гідравлічні, а також інші вузли токарного устаткування перед початком роботи попередньо розігріваються за допомогою спеціальних систем, що мінімізує ризик виникнення теплових деформацій у процесі виконання обробки.

На токарні верстати з ЧПУ встановлюються напрямні, що характеризуються підвищеною зносостійкістю і зниженим коефіцієнтом тертя, що дуже важливо для забезпечення високої точності виконання токарних робіт по металу. Завдяки таким характеристикам направляючих агрегату знижується рівень неузгодженості в його контролюючої системи, і всі рухомі механізми переміщуються за заданими параметрами з максимальною точністю.

Напрямні вузли токарного верстата, де передбачені елементи кочення, в якості яких переважно використовуються ролики, розроблені і виготовлені так, щоб при роботі на високих швидкостях і при їх інтенсивному нагріванні коефіцієнт тертя в них залишався незмінним.

Загартовані направляючі станини верстата TRENS-SE-520

Природно, напрямні токарних верстатів, на яких обробка деталей з металу виконується на високих швидкостях, повинні відрізнятися підвищеною жорсткістю. Забезпечується ця вимога завдяки тому, що напрямні піддаються попередньому натягу, який виконують за допомогою спеціальних регулюючих механізмів. Для зниження сил тертя в направляючих вузлах супорта агрегату і його станини, що працюють за принципом ковзання, їх виготовляють на основі пар матеріалів: зносостійкий якісний пластик (як правило, фторопласт) плюс чавун або сталь.

Напрямні токарних верстатів, оснащених системами ЧПУ, можуть розташовуватися в горизонтальній, вертикальній або похилій площинах. Залежно від цього моделі агрегатів відносять до певної категорії.

Щоб забезпечити високу жорсткість несучих елементів токарного устаткування з ЧПУ, їх виконують в коробчатої форми з обов’язковими поперечними і поздовжніми внутрішніми ребрами. Для виготовлення даних елементів використовують технології лиття і зварювання. Якщо раніше для виконання несучих елементів токарних верстатів по металу використовували тільки чавун або сталь, то зараз багато закордонні виробники виконують колони, станини, а також санчата таких агрегатів з бетону з додаванням полімерів або штучного граніту, що надає їм високу жорсткість і підвищену стійкість до вібраційних навантажень.

Найважливішим елементом будь-якого металорізального обладнання, в тому числі і токарної групи, є шпиндельний вузол, відчуває значні навантаження в процесі роботи. Саме тому всі базові та посадкові поверхні такого вузла, а також його шийки, повинні відрізнятися підвищеною зносостійкістю. Підшипники, які встановлюються опори вузла, забезпечують точність його обертання, до них висувають підвищені вимоги по мірі їх зносостійкості.

Передня бабка з патрон верстата SN-500

На токарних верстатах, оснащених системою ЧПУ, шпиндельний вузол характеризується більш складною конструкцією.

Пояснюється це тим, що в даний елемент встановлюють ряд додаткових: затискні механізми для робочих пристосувань, що працюють в автоматичному режимі, індикатори, відповідальні за автодиагностику обладнання і за адаптивний контроль над процесом виконання обробки. На токарних верстатах даної категорії шпиндельний вузол (по осі його обертання) може бути розташований в горизонтальній, а також у вертикальній площині.

Маркування токарного обладнання з ЧПК

Система автоматизованого керування верстатів токарної групи може бути організована за трьома основними схемами.

Контурна

Дана схема передбачає програмування траєкторії переміщення (криволінійної в тому числі) робочого інструменту і контроль над правильністю здійснення даної процедури.

Позиційна

При реалізації такої схеми програмуються координати точок, в яких повинен виявитися робочий інструмент після виконання певної технологічної операції.

Адаптивна

Дана схема передбачає поєднання принципів роботи двох попередніх.

По маркуванню вітчизняного токарного обладнання, оснащеного ЧПУ, досить просто визначити категорію такого пристрою.

Буквено-цифрове позначення, що стоїть у кінці маркування, якраз і вказує на те, за якою системою в даному верстаті організовано числове програмне управління:

• Ф1 — верстати, в яких робочий інструмент переміщається за попередньо заданими координатами, при цьому в них передбачена цифрова індикація;
• Ф2 — моделі, де переміщення інструменту реалізовано за позиційної схеми;
• Ф3 — токарне обладнання, в якому реалізована контурна схема управління рухом інструменту;
• Ф4 — моделі токарних верстатів з ЧПК з адаптивною (універсальної) системи управління.

Маркування токарних верстатів з ЧПК

У маркуванні деяких моделей токарних верстатів з ЧПК можна зустріти буквено-цифрове позначення С1-С5, яке говорить про те, що таке обладнання відрізняється особливими технологічними можливостями. Зокрема, моделі, в маркуванні яких присутні позначення С1 і С2, володіють невисоким межею подач і невеликим діапазоном їх регулювання. А ось агрегати, в маркуванні яких є символи С3, С4 і С5Т, навпаки, мають збільшений діапазон подач і відрізняються широкими можливостями по їх регулюванню.

Завдяки своїм розширеним можливостям моделі верстатів, у чиїй маркуванні присутні символи С4 і С5, можна використовувати для ефективного виконання багатьох технологічних операцій, наприклад, нарізання зовнішньої і внутрішньої різьби, обробки заготовок, що мають циліндричну, конічну та фасонную форму, в тому числі і ступінчасту. Варто відзначити, що обробляти на таких станах можна як зовнішні, так і внутрішні поверхні, що відрізняються складністю своєї конфігурації.

Особливості програмування верстатів

Щоб використання токарних верстатів, оснащених системою ЧПУ, було максимально ефективним, необхідно ретельно розробити технологічний процес обробки, а також скласти програму, яка буде керувати роботою обладнання. При вирішенні цих питань треба враховувати ряд важливих параметрів: необхідність ув’язування систем координат обладнання, розташування на ньому оброблюваної заготовки і вихідного положення робочого інструменту з його подальшими переміщеннями, які він повинен автоматично здійснювати в процесі роботи.

Принцип числового програмного керування токарним верстатом

При складанні програми для такого верстата беруть під увагу, що робочий інструмент переміщається по координатним осям оброблюваної деталі, яка знаходиться у нерухомому стані. Що важливо, він переміщається в прямолінійному напрямку осей, паралельних осях оброблюваної заготовки.

Суть програмування окремої технологічної операції, що виконується на такому верстаті, полягає в тому, що комп’ютерною програмою описується маршрут, який повинен пройти ріжучий інструмент, щоб сформувати деталь з заданими геометричними параметрами.

При складанні такої програми дотримуються наступного алгоритму.

• Технологічний процес ділиться на три етапи: чорнова, чистова та оздоблювальна обробка. Щоб підвищити продуктивність виконання робіт і знизити їх трудомісткість, чорнові і чистові операції намагаються об’єднати.
• Щоб мінімізувати похибки фіксації і базування оброблюваної деталі, її технологічні і конструкторські бази поєднують за певними правилами.
• Повну точіння деталі бажано виконати з мінімальною кількістю її установок.
• Необхідно дотримуватися раціонального підходу до питань обробки заготовок. Це передбачає, наприклад, точіння частин циліндричних і конічних заготовок з невеликою жорсткістю тільки після того, як виконана обробка їх ділянок, що відрізняються достатньою жорсткістю.

У технологічному процесі, який передбачає використання для обробки токарних верстатів, оснащених ЧПУ, під окремою операцією розуміється обробка, яка виконується на одному верстаті. При цьому такі операції можуть розділятися на окремі переходи, підрозділяються на самостійні проходи.

Переходи, які може виконувати токарний верстат, оснащений ЧПУ, поділяються на позиційні, елементарні, інструментальні та допоміжні.

Існують певні правила розробки програм послідовності роботи з оброблюваною заготовкою, дотримуючись яких можна забезпечити високу якість готового виробу. У відповідності з цими правилами, у комп’ютерній програмі для токарного верстата задаються наступні параметри: число переходів і проходів, загальна кількість установок, вид обробки, якій піддають заготівлю, кількість ріжучих елементів і їх типорозміри. Якщо технічні можливості устаткування дозволяють, то бажано всі інструменти, які беруть участь у роботі, поміщати в один резцедержатель.

Револьверна головка SAUTER для токарного верстата з ЧПУ

Але не завжди різцетримачі агрегату дозволяють встановити в них усі елементи, які беруть участь в обробці. В таких випадках, не є великою рідкістю, в керуючій програмі передбачають призупинення роботи, яка необхідна для заміни інструменту. Крім того, при використанні таких верстатів можна розбити процес обробки на кілька частин, щоб не зупиняти його для заміни інструменту. Велика частина моделей токарних верстатів з системами ЧПУ оснащена резцедержателями, в яких можна зафіксувати обмежений набір ріжучих інструментів. У більшості випадків для роботи таких пристроїв використовують інструмент, оснащений багатогранними ріжучими пластинами. Щоб швидко привести його в порядок, якщо ріжуча грань зносилася, достатньо просто повернути пластину і продовжити роботу.

Серед найбільш поширених інструментів, якими оснащуються токарні агрегати з ЧПУ, можна відзначити наступні: для розточування — різці, ріжучі пластини яких наплавлены або закріплені механічним способом; для нарізування різьблення — тригранні збірні різці; для обробки отворів і виконання підрізування — ромбічні різці з твердосплавними пластинами. Всі інструменти встановлюються в різцетримачі в тій послідовності, в якій вони беруть участь в обробці. Точкою відліку, що задається в комп’ютерній програмі управління, є заокруглення при вершині різця або сама його вершина.

Токарний верстат з ЧПУ DMTG модель CKE6150Z

Приводи і допоміжні пристрої

У токарних верстатах з ЧПУ невисокою і значної потужності використовують різні типи електродвигунів, які служать приводом головного руху. У першому випадку переважно використовують електродвигуни постійного струму, у другому — змінного. Вітчизняні виробники, що випускають верстати даної категорії, оснащують їх електродвигунами асинхронного типу з чотирма полюсами, які здатні без збоїв працювати навіть в самих складних умовах: при наявності в навколишній атмосфері частинок олії, металевого пилу і дрібної стружки. Не страшні таким електродвигунів та критичні перевантаження, які вони успішно переносять.

Приводний механізм настільного токарного верстата D250x550 CNC

Для приводу механізму подач токарних верстатів з ЧПУ застосовуються електродвигуни синхронного і асинхронного типу, але частіше всього використовують двигуни першого типу, оснащені індикаторами зворотного зв’язку, гальмівними елементами, а також магнітами, виготовленими з рідкоземельних хімічних елементів. Для управління такими двигунами в електричній схемі токарних верстатів використовуються цифрові перетворювачі.

У тому випадку, якщо на обладнанні встановлений асинхронний двигун, для управління їм необхідний частотний перетворювач, зібраний на мікропроцесорах. При використанні таких електродвигунів на верстатах встановлюється спеціальний програматор, оснащений екраном графічного або цифрового типу.

Панель управління токарного верстата Trens

На токарних верстатах, керованих комп’ютерними програмами, обов’язково встановлюються допоміжні пристрої, до яких відносяться:

• завантажувальні механізми;
• механізми, що забезпечують затиск заготовки;
• змащувальні пристрої;
• пристрої, призначені для прибирання стружки, яка утворюється в процесі обробки;
• механізми, призначені для швидкої зміни інструментів.

На відміну від подібних пристосувань, які використовуються на звичайних верстатах, дані пристрої відрізняються високою продуктивністю і надійністю своєї роботи.

Найбільш популярні моделі верстатів

Однією з найбільш популярних моделей токарного верстата, оснащеного системою ЧПУ, яка активно використовується вітчизняними виробниками, є 16А20Ф3. У якості керуючої системи на таких верстатах встановлена система Електроніка НЦ-31 або 2Р-22. На верстатах цієї моделі встановлюється частотно-регульований двигун асинхронного типу, автоматична головка на 6-12 позицій, шпиндельний вузол з трьома швидкостями обертання, привід і датчик, які використовуються для нарізування різьби.

Верстат токарний серії 16А20Ф3, призначений для напівавтоматичного обробки металевих деталей

Ще однією популярною моделлю є верстат МК6713С5, що відноситься до категорії високоточного патронного обладнання. В конструкції даного токарного агрегату слід виділити хрестоподібний супорт і шпиндель, у тримачі якого можна зафіксувати одночасно шість інструментів. Використовуючи даний токарно-гвинторізний верстат, оснащений системою ЧПУ, можна ефективно виконувати наступні роботи по металу: нарізати різьбу, точити і розточувати заготовки, виконувати обробку деталей дискового типу.

Представлені на вітчизняному ринку і подібні токарні верстати зарубіжних моделей до найпопулярнішим з яких можна віднести наступні.

TRENS SBL300 CNC — токарне устаткування з ЧПУ двухшпиндельного типу. Верстат даної моделі відрізняється широкою функціональністю, крім стандартних токарних операцій по металу, на ньому можна виконувати обробку різних валів, фланців, деталей складної конфігурації, здійснювати фрезерні операції. Шпиндельний вузол цього верстата оснащений підшипниками радіально-упорного типу, що дозволяє працювати на ньому на високих швидкостях і отримувати вироби, що відрізняються високою якістю. Програмне керування верстатом передбачає жорстку прив’язку його координатної системи до геометрії ріжучого інструменту за допомогою спеціального комплексу підстроювання, що працює за контактною схемою. Завдяки цьому немає необхідності в чіткому орієнтуванні робочого інструменту відносно оброблюваної заготівлі.

Противошпиндель ROXM, що встановлюється на токарних верстатах TRENS

Vturn-V760 — верстат з вертикальним розташуванням шпиндельного вузла, в якості конструктивних особливостей якого виділяються наступні: восьмипозиционная робоча головка, дванадцятидюймовий патрон гідравлічного типу, пристрій для видалення стружки конвеєрного типу, автоматизований змащений механізм, різцетримачі різних типів. Крім того, верстат може оснащуватися додатковими технологічними пристосуваннями, значно розширюють його функціональні можливості. Для зручності управління, яке забезпечується за допомогою системи Fanuc 0i-T, токарний верстат даної моделі оснащений кольоровим монітором графічного типу.

Шпиндель і револьверна інструментальна головка вертикального токарного верстата Vturn-760

LS360 CNC (компанія-виробник MetalMaster) — токарний верстат, станина якого розташована в похилій площині. На верстаті даної моделі, де встановлена система управління Siemens 808D, можна обробляти деталі, виконані зі звичайної і неіржавіючої сталі, мідних і алюмінієвих сплавів. Серед конструктивних особливостей даного агрегату варто виділити надійну гідравлічну систему від японської компанії Yuken, восьмипозиционную робочу головку, імпульсну мастильну систему, що працює в автоматичному режимі.

Природно, на вітчизняному ринку широко представлена продукція і інших зарубіжних виробників, серед якої кожен зможе вибрати саме той верстат для токарних робіт, який задовольнить його за всіма параметрами.