Токарные работы на станках с ЧПУ

Токарная обработка относится к виду металлообработки, связанной с механическим отделением заданной части металла от детали (механообработка) однолезвийным инструментом (исключения: сверление, зенкерование, развертывание). Объектом токарной обработки могут быть любые тела вращения. Единственным ограничением возможностей токарной обработки являются ограничения, которые накладывает жесткость системы СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь). Станки токарной группы имеют широчайшую гамму размеров — от станков с длинной станины 34.8м и диаметром обработки до 5 метров, до станков настольного типа. Основным принципом токарной обработки является — вращение обрабатываемой детали и синхронизированное линейное перемещение лезвийного режущего инструмента относительно детали. Применение дополнительной оснастки позволяет сообщать инструменту дополнительные движения (вихревой метод обработки, наложение ультразвуковых колебаний, фрезерные модули), что значительно расширяет технологические возможности оборудования.

Определяющим признаком станков внутри токарной группы является положение направляющих станины относительно горизонта.

Горизонтальное (классическое) расположение
Все элементы станины параллельны горизонту и находятся на одной высоте. Такую компоновку имеет подавляющая часть парка токарного оборудования. Группы станков: токарные, токарно-револьверные, лобовые. Станки с ЧПУ оснащены 4…6 позиционными резцедержателями.

Наклонное расположение
Направляющие находятся на разных высотах по отношению друг к другу. Станки с такой компоновкой применяются в технологических схемах автоматической (роботизированной) обработки, т.к. легко решается проблема удаления стружки из зоны резания. Также станки этого типа могут работать в режимах силового резания. Делать это позволяет относительно большая масса и высокая жесткость станины при ее не большой длине.

Вертикальное расположение
Станки с вертикальной компоновкой направляющих относятся к станкам токарно-карусельной группы. По количеству направляющих (стоек) станки различают на: одностоечные (диаметр планшайбы до 1200 мм) и двухстоечные (серийные планшайбы до 5000 мм). На карусельных станках обрабатывают детали большой массы (до 50 т) при относительно небольшой высоте (ход ползуна 1500 мм) детали. Одностоечные карусельные станки с ЧПУ оснащены устройствами для автоматической смены инструмента (револьверная головка). Двух стоечные станки имеют два суппорта, на один из которых возможна установка головки для фрезерования. Кроме этого практически все станки с ЧПУ оснащены контроллерами углового положения планшайбы, что в сочетании с узлом для фрезерования позволяет проводить ряд операций фрезерования без перезакрепления детали.

Современные токарные станки с ЧПУ

На бурное развитие парка станков с ЧПУ повлияли три основных фактора:

• Развитие электроники в системах силового привода — инверторные схемы питания и управления двигателя постоянного тока главного привода. Двигатель этого типа позволяет бесступенчато регулировать частоту вращения шпинделя при сохранении требуемой мощности. Это привело к уменьшению количества узлов и механизмов шпиндельной бабки, что позволило увеличить жесткость самого шпиндельного узла. К этой же категории относятся электронные системы управления приводом подач. Шаговые двигатели в сочетании с беззазорными винтовыми парами позволили получить высокую точность позиционирования инструмента относительно детали (системы координат).

• Развитие микропроцессорной элементной базы. На базе относительно дешевой микроэлектроники созданы контроллеры: относительного и абсолютного положения элементов станка, устройств обратной связи (контроль режимов резания и геометрии детали). Возможности вычислительной техники, а главное отработка схем, работающих в условиях производства с высокой наработкой на отказ, дали возможность максимально сблизить этапы проектирования и производства. Кроме этого современное программное обеспечение позволило начинать разработку технологического процесса на стадии проектирования детали, т.е. система числового управления станка (CNC — англ. Computer Numeric Control) стала “понимать” язык представления данных систем проектирования (AutoCAD и др.).

• Появление высокопрочных покрытий лезвийного инструмента на основе нитрида бора и технологии изготовления керамических пластин методом спекания. Нанесение покрытия на инструмент из твердого сплава повышает стойкость режущей кромки к истиранию в 1.5…2.5 раза. Режущий инструмент высокой точности на основе керамических пластин позволяет увеличить режимы резания на получистовых и чистовых проходах до 2-х раз с сохранением параметров точности и чистоты. Керамика хорошо выдерживает высокие температуры, которые возникают на повышенных режимах резания, но совершенно не терпит динамических (ударных) нагрузок, возникающих при автоколебаниях (собственная вибрация станка).
Все эти новшества потребовали изменений в конструкции опор шпиндельного узла, системы подготовки и смены инструмента, а также применение методик активного контроля геометрии детали и режимов резания. Шпиндельный узел современного станка — это самостоятельный энергонезависимый узел. Опоры скольжения и качения заменены на гидродинамические, с автономной системой смазки и поддержки рабочего давления. Оптические и лазерные устройства для настройки режущего инструмента могут автоматически вносить данные для корректора положения нового инструмента. Системы активного контроля параметров резания и геометрии детали позволили проводить корректирующие действия непосредственно в ходе обработки детали. В итоге все эти изменения сделали токарный станок с ЧПУ весьма гибким инструментом, который во многих отношениях превосходит универсальное оборудование, даже в условиях единичного производства.