Комплексная обработка металла

В современных производственных процессах оперируют сверхмалыми величинами. И далеко не в последнюю очередь это касается металлообрабатывающей отрасли. Такую точность обеспечивает только самое передовое оборудование – станки с числовым программным обеспечением, а комплексную высокоточную обработку – металлообрабатывающие центры с ЧПУ.

Металлообрабатывающие центры с ЧПУ выполняют целый комплекс последовательных операций: черновая, чистовая обработка; нарезка резьбы; сверление; подача охлаждения; финишные работы и пр. При этом данный вид оборудования имеет очень высокую степень автоматизации. Производителями выпускаются как полуавтоматы, так и автоматизированные центры. Некоторые модели фактически без вмешательства человека могут выпускать уже готовые изделия.

Конструкция и технические характеристики

Конструкционно металлообрабатывающие центры с ЧПУ подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Это зависит от расположения одного или нескольких шпинделей. В отдельную группу выделяют портальные центры, способные производить обработку заготовок любой сложности. Такие установки могут включать до 180 обрабатывающих инструментов и выполнять обработку крупногабаритных деталей.

Современный обрабатывающий центр – достаточно сложная инженерная конструкция. Основой является массивная литая чугунная рама. Она термически обработана для обеспечения максимальной жесткости конструкции. На раму устанавливают шарико-винтовые передачи, которые подают заготовки. Скорость подачи может доходить до 40 м/сек. с возможностью позиционирования заготовок по осям X, Y, Z и точностью до 0,010-0,005 мм.

На горизонтальные и вертикальные металлообрабатывающие центры устанавливаются универсальные револьверные головки, удерживающие 12-16 инструментов с возможностью смены всего за 0,2-0,5 секунд в различных плоскостях. А вот портальные установки отличаются не только количеством обрабатывающих инструментов, но и системой их скоростной смены, более мощными шпинделями, разнообразием сменных головок, длинными узкими столами и в целом более высокой жесткостью конструкции. В итоге это позволяет проводить на них высокоточную обработку массивных деталей.

Модернизация

Развитие промышленности заставляет модернизировать даже суперсовременные обрабатывающие центры. Касается это, прежде всего, повышения точности, производительности с сохранением при этом жесткости всей конструкции.

Появляются десятки дополнительных опций. Например, установка автоматической подачи прутка и уловителя детали позволяют сделать процесс точения мелких заготовок абсолютно автоматизированным. Повысить производительность поможет установка дополнительного шпинделя на место задней бабки. Таким образом, второй торец заготовки возможно обрабатывать без ее перестановки в станке.

Очень полезная опция – возможность позиционирования шпинделя по оси С с установкой привода вращения инструмента. Это дает возможность проводить сверление и нарезку резьбы на боках детали. А фрезерование сложных кривых на боковых поверхностях осуществляется при установке головки на перемещение по оси Y.

Вообще, производители обрабатывающих центров всё больше стремятся создавать узконаправленные установки. То есть с технологическими возможностями под конкретную отрасль промышленности. Так, наряду с токарно-фрезерными центрами, отдельно выпускается оборудование фрезерного и токарного типа.

Типы металлообрабатывающих центров

Фрезерные обрабатывающие центры

Оборудование обрабатывает заготовки с помощью фрезы с высокой точностью и безукоризненным качеством. При этом нарезка втулок, муфт, колец, зубчатых колес, гаек и прочих деталей осуществляется вне зависимости от поверхности (фасонной или плоской).

Принцип работы выглядит следующим образом. Фреза закрепляется в шпинделе установки. Система ЧПУ приводит её в действие, заставляя вращаться. При этом происходит подача на обработку закрепленной на столе заготовки. Движение может быть прямолинейным, криволинейным или комбинированным.

Сама фреза – это многолезвийный инструмент с зубьями. Они в свою очередь могут иметь различные формы (дисковые, угловые, со сферической головкой и пр.) и крепятся в шпинделе разными способами. Материал, из которого делают режущую часть – алмаз, твердый сплав, быстрорез. Многие производители, кстати, используют сплавы собственной разработки, которые держатся в секрете.

Существуют три больших группы фрезерных металлообрабатывающих центров: универсальные, горизонтальные и вертикальные.

Универсальные используются для обработки легких и небольших заготовок как в единичном, так и серийном производстве. Оборудование позволяет фрезеровать горизонтальные, вертикальные, винтовые и фасонные поверхности. Шпиндель при этом расположен горизонтально, а стол перемещается под разными углами.

Горизонтальные центры не оборудованы поворотным механизмом. Стол с заготовкой двигается только параллельно или перпендикулярно относительно оси шпинделя.

Вертикальные установки оборудованы вертикально расположенным шпинделем. Стол перемещается перпендикулярно к оси шпинделя. Некоторые модели оснащены поворотным механизмом, что расширяет технические возможности центра.

Токарные обрабатывающие центры

Установки этого типа крайне востребованы в отраслях, где первостепенное значение отдается производительности. Токарные центры – это металлорежущее оборудование для комплексной обработки различных поверхностей и разными способами: фрезерование, сверление, расточка и пр. На них изготавливают множество деталей из стали, алюминия, меди, бронзы, латуни и других металлов. Установка в базовой комплектации способна проводить обработку в трех координатах, но возможно расширение до четырех и даже пяти осей.

Принцип действия установок сводится к следующему: с установленной в патрон заготовки режущий инструмент снимает стружку. При этом деталь во время обработки имеет возможность вращаться как в одну сторону, так и попеременно (по часовой и против).

Для единичного производства используют универсальные токарные установки. В серийном же востребованы револьверные центры. У последних процесс обработки автоматический. Оператор лишь задает нужную программу и подбирает материал.

В новейших моделях всё чаще используются лазерные технологии. Такие установки обладают рядом преимуществ. Во-первых, большей скоростью обработки, а во-вторых, наивысшей безопасностью.

Токарные металлообрабатывающие центры подразделяются на ряд подтипов: с приводным инструментом, с контршпинделем, с приводным инструментом и контршпинделем, с осью Y, с задней бабкой и токарные автоматы.

Обзор наиболее интересных моделей

В настоящее время ведущими зарубежными производителями металлообрабатывающих центров с ЧПУ являются Takisawa, DMTG, Yamazaki, Mazak, Trens, Milltronics, Ming Yang Machinery, Long Chang Machinery, HJM Machinery. В России – Ивановский завод тяжелого станкостроения, Стерлитамакский станкостроительный завод, Рязанский станкостроительный завод, Владимирский станкостроительный завод «ТЕХНИКА».

Если говорить об универсальном токарно-фрезерном типе, то одним из лучших производителей здесь выступает Takisawa (Япония) с серией центров LA и EX.
Уникальная особенность этих центров в том, что на них легко и удобно осуществлять как токарные, так и фрезерные операции. Отлично подходят для мелкосерийного и серийного производства. Позволяют существенно снизить производственные затраты.

В стандартную комплектацию этих установок входят:
– шпиндель с прямым приводом для высокопроизводительной обработки;
– встроенное охлаждение;
– масляное охлаждение;
– противошпиндель с полнофункциональной осью «С»;
– 3-х кулачковый гидравлический патрон;
– привода и система ЧПУ Fanuc (очень стабильная и надежная, получившая признание у большинства производителей);
– система дискового торможения и пр.

Одни из лучших в мире фрезерных обрабатывающих центров выпускает корпорация DMTG (Китай). Серия вертикально-фрезерных установок VDL – это относительно недорогие, по сравнению с аналогами, и в то же время многофункциональные центры.

Являясь самым дешёвым вариантом для 3-х осевой (4-х осевой) обработки корпусных деталей, установки способны выполнять множество фрезерных операций.

В стандартную комплектацию обрабатывающего центра входят:
– инструментальный магазин;
– оптические линейки;
– направляющие.

Отличительные особенности этих установок:
– высокая жёсткость и стабильность;
– высокоточные направляющие на всех трёх осях станка;
– высокая скорость и точность шпинделя;
– быстрота и надёжность системы смены инструмента;
– система охлаждения;
– мультифункциональная система ЧПУ Fanuc.

Из горизонтальных металлообрабатывающих центров стоит обратить внимание на установки компании Milltronics (США).

Модели оснащаются двигателями различной мощности. Передача вращения от двигателя к шпинделю осуществляется путем прямого привода, ременной передачи или редуктора.
Станина – чугунная, литая. Изготавливается с дополнительными ребрами, придающими конструкции повышенную жесткость.

Основное применение – обработка корпусных деталей. Если оснастить центр 4-й осью, то это позволит производить многопозиционною обработку за одну установку. Таким образом, повышается качество обработки и производительность.

Модели комплектуются большим набором дополнительных опций. Среди них автоматическая смена инструмента, поворотный стол, шпиндель с частотой вращения до 15000 об./мин. и пр.

Хорошие установки выпускают и отечественные производители. Например, токарно-фрезерный обрабатывающий центр модели 500HS Стерлитамакского станкостроительного завода (Россия). Установка с автоматической сменой инструмента предназначена для обработки заготовок из разных конструкционных материалов. Отлично подходит как для единичного производства, так и мелкосерийного, серийного.

Обрабатывающий центр способен выполнять операции наружного и внутреннего точения, сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезами, фрезерования.

Другая модель 800VHT Стерлитамакского завода – установка уже чисто токарного типа. Основное предназначение: комбинированная обработка деталей различной сложности в контурном варианте.

Нельзя не упомянуть и об универсальном токарно-фрезерном супер-центре ИС800 «Глобус» Ивановского завода тяжелого станкостроения (Россия).

5-осевая высокоскоростная установка используется для обработки сверхсложных деталей. Это лопатки, крыльчатки и прочие изделия, применяемые в аэрокосмической и авиационной промышленности.

Главная отличительная особенность этого обрабатывающего центра от базовых моделей – наличие наклонно-поворотного стола. Вкупе с целым рядом инновационных решений установка Ивановского завода может выполнять очень большой объем работы за короткий промежуток времени.

Заключение

Научно-технический прогресс не стоит на месте. И новейшие металлообрабатывающие центры всё чаще оснащаются так называемым бесконтактным методом обработки деталей: лазером, плазмой и т. д. Однако специалисты не спешат заявлять, что вскоре контактная резка полностью исчезнет. Проблема современной технологии в том, что все эти методы являются высокотемпературными. А это оказывает большое влияние на структуру любого металла. Иногда обработка лазером или плазмой не просто ухудшает, а полностью уничтожает все его эксплуатационные свойства. Поэтому, пока этот серьезный недостаток не будет устранен, от обычной, проверенной временем фрезы никто не откажется.

Владислав Пермин, специально для Equipnet.ru