2.5.2. Особенности многооперационных станков (обрабатывающих центров)

Учитывая важность, прогрессивность и наиболее широкое применение этих станков в современном производстве, следует остановиться на их технологических возможностях более подробно. Ниже приводятся примеры конструктивного исполнения указанных станков, дается специфика конструктивного исполнения их основных узлов.

Обрабатывающий центр представляет собой высокоавтоматизированный станок с программным управлением, дополнительно снабженный специальным инструментальным магазином для хранения комплекта режущего инструмента и устройством его автоматической замены в процессе обработки детали.

Характерными особенностями многоцелевых станков являются:

- высокая концентрация производимых на них технологических переходов (черновая, получистовая и чистовая обработка сложных деталей, в том числе точение, растачивание, фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьб и др.);

- оснащенность большим числом режущих инструментов;

- высокая точность(6-7-й квалитеты) выполнения чистовых операций;

- оснащенность устройствами для автоматической смены заготовок, предварительно закрепленных на приспособлениях-спутниках.

Многоцелевые станки оснащаются контурными ЧПУ, имеют широкий диапазон бесступенчатого регулирования частоты вращения шпинделя и подач, а также высокие скорости быстрых перемещений. Эти станки отличаются высокой жесткостью, точностью и надежностью.

С помощью системы программного управления на этих станках осуществляются автоматические перемещения заготовки вдоль трех координатных осей и ее вращение вокруг вертикальной оси поворотного стола. В ряде случаев обрабатывающие центры снабжаются глобусным столом (см. ниже), имеющим не только вертикальную, но и горизонтальную ось вращения, что дает возможность осуществлять обработку сложных корпусных заготовок с разных сторон и под различными углами с одного установа. Имеются конструкции обрабатывающих центров, позволяющие устанавливать ось шпинделя в соответствии с заданной программой, горизонтально, вертикально или наклонно (под любым углом наклона, указанным в чертеже детали).

Программное управление станка обеспечивает необходимое изменение скорости вращения шпинделя, рабочей подачи и скоростей холостых перемещений, а также включение и выключение подачи смазочно-охлаждающих технологических средств, а также других устройств и органов станка.

Запасной режущий инструмент помещается в специальных инструментальных магазинах большой емкости, что дает возможность, в соответствии с управляющей программой, автоматически устанавливать в шпинделе станка практически любой инструмент, требуемый для обработки соответствующей поверхности заготовки. Такая смена инструмента станка регламентируется по времени и обычно производится за 2 – 6 секунд.

На некоторых обрабатывающих центрах вместо смены инструмента в рабочем шпинделе производится замена самих шпинделей со вставленными в них инструментами. В этих станках находят широкое применение сменные шпиндельные головки (см. ниже).

На обрабатывающих центрах осуществляются почти все процессы обработки резанием: сверление, зенкерование, развертывание, растачивание, нарезание резьбы, а также фрезерование плоскостей и сложных контуров. Непрерывное программное управление всеми движениями станка (в том числе поворотного стола) и автоматическая смена большого количества режущих инструментов обеспечивают в некоторых моделях обрабатывающих центров до 500000 различных положений инструмента относительно обрабатываемой детали. Это позволяет осуществлять обработку самых сложных корпусных заготовок с одного установа со всех сторон, по всем поверхностям заготовок, кроме базовых, по которым производятся установка и закрепление заготовок. Все это способствует достижению наивысшей точности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей (принцип постоянства баз).

Несмотря на разнообразие форм, размеров и требуемой точности различных поверхностей, их обработка производится на обрабатывающих центрах, как правило, окончательно. Исключением являются лишь некоторые доводочные операции (например, хонингование отверстий в блоках цилиндров двигателей и т. п.), которые пока еще выполняются на специальных станках.

Обрабатывающие центры выпускаются, как правило, с одним шпинделем или с револьверными шпиндельными головками, шпиндели которых работают поочередно. Существуют конструкции станков, имеющие головки с двумя шпинделями, индексируемыми при смене инструментов. В этом случае замена инструмента в одном из шпинделей производится во время работы другого, что сокращает потерю времени на смену инструмента на 2 – 3 секунды.

В некоторых конструкциях обрабатывающих центров имеется два различных шпинделя: oдин для тяжелых работ (обычно для фрезерования) и один – для легких и более точных. Однако во всех случаях обработки различных поверхностей заготовок ведется последовательно одним инструментом, сменяемым в соответствии с установленной программой, что несколько снижает производительность станков.

На обрабатывающих же центрах производительность обеспечивается путем резкого сокращения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени путем интенсификации режимов резания. Автоматизация холостых перемещений и повышение их скорости до 10–15 м/мин, а также автоматизация смены заготовок на поворотном столе в специальной позиции и смены режущего инструмента, резко сокращают затраты вспомогательного времени и повышают долю машинного времени в общем балансе времени обработки.

Известно, что в условиях серийного и мелкосерийного производств доля машинного времени на традиционных станках не превышает 20–30 %. На станках с программным управлением она увеличивается до 50–60 %, а на обрабатывающих центрах даже достигает 80–90 %. Простои станка в процессе наладки сокращаются в среднем на 80 %.

Возможность быстрой замены затупившегося инструмента делает экономически целесообразной интенсификацию режимов резания, сокращая фактическую стойкость режущего инструмента до величины, достаточной для обработки наибольших по размерам поверхностей изделия.

При обработке заготовок на обрабатывающих центрах скорости резания могут быть повышены на 20–100%. Стабильность размеров деталей, получаемых на обрабатывающих центрах, позволяет сократить объем контрольных операций на 50–70 %.

Длительность смены заготовок, включая корпусные, значительно сокращается при использовании на обрабатывающих центрах сменных паллет, приспособлений-спутников, на которые заблаговременно (вне станка) устанавливают и закрепляют заготовки. Замена паллет с заготовками на станке часто производится автоматически, снижая до минимума его простои. В результате всего этого производительность изготовления деталей на обрабатывающих центрах в 4–10 раз превосходит производительность обработки на универсальных станках и один обрабатывающий центр может фактически заменить четыре, пять и более станков традиционного исполнения.

Важнейшим преимуществом рассматриваемых станков являются простота наладки и переналадки на обработку других деталей, отсутствие необходимости создания сложной и дорогостоящей технологической оснастки (шаблонов, копиров, специальных приспособлений и т. п.). Это обеспечивает гибкость и мобильность процесса производства, позволяет применять обрабатывающие центры в условиях мелкосерийного и даже единичного производств.

Несмотря на относительно высокую стоимость обрабатывающих центров (при правильном их использовании и полной загрузке в две или три смены), они окупаются в срок до двух лет. Этому способствует значительное снижение затрат на технологическую оснастку, сокращение брака, уменьшение требуемого количества станков с соответствующим сокращением производственных площадей, числа операций и общей длительности производственного цикла, а также сокращение объемов незавершенного производства и потребности в складских помещениях. До появления обрабатывающих центров металлорежущие станки создавались применительно к конкретному виду обработки, основанному на вполне определенном процессе резания (обработка токарная, сверлильная, фрезерная, строгальная и т. п. операции). Этот принцип сохранялся при конструировании любых станков: универсальных, с программным управлением, многорезцовых и автоматов или автоматических линий. Соответственно этому технологические процессы проектировались по принципу дифференциации, с большим количеством операций, для выполнения которых технолог выбирал наиболее подходящие станки.

В отличие от этого, обрабатывающие центры предназначаются почти для всех необходимых видов обработки различных заготовок и отличаются друг от друга не процессами резания, а лишь степенью сложности, точностью, размерами и технологическими возможностями.

Наиболее сложные и технически совершенные обрабатывающие центры пригодны для изготовления деталей любой формы и любой степени сложности, однако высокая стоимость делает нерентабельным их использование при производстве простых и дешевых деталей.

При работе на обрабатывающих центрах для сокращения машинного времени могут применяться более высокие скорости резания и подачи. Частота вращения шпинделя изменяется в широких пределах от 60 до 3200 об/мин, а в эксклюзивных моделях – до 60000 об/мин. Предусмотрено бесступенчатое регулирование подачи от 0,1 до 3000 мм/мин.

При обработке корпусных заготовок большое значение имеет сокращение вспомогательного времени. Для этого применяется автоматическое перемещение стола, салазок, шпиндельной бабки, пиноли по трем координатам со скоростью 4000–5000 мм/мин, что соответствует перемещению заготовки за 1 секунду на 60–70 мм.

Автоматическая смена инструмента выполняется всего за 2–6 секунд (включая время изменения частоты вращения и подачи, связанное со сменой инструмента). На таких станках предусматривается автоматическое управление переходом с ускоренного перемещения на замедленное при подходе к требуемой точке траектории, а также возможность чередования быстрой и рабочей подач перемещаемых органов станка.

Применяются также автоматическое управление стандартными циклами обработки и автоматическое исполнение различных функций работы станка. Единственным видом работы, выполняемым на большинстве обрабатывающих центров вручную, остается установка и закрепление заготовок в приспособлении станка.

Технологические возможности обрабатывающих центров чрезвычайно широки. Они могут выполнять все виды работ, необходимых при обработке корпусных заготовок. В частности, на обрабатывающих центрах успешно выполняются всевозможные виды фрезерных работ различными конструкциями фрез: фрезерование плоскостей торцовыми фрезами; фрезерование пазов концевыми фрезами; фрезерование дисковыми фрезами; фрезерование по контуру плоских и фасонных поверхностей, фрезерование внутренних платиков, приливов и других поверхностей.

На таких станках возможно последовательное фрезерование всех поверхностей, расположенных с одной стороны заготовки на разных уровнях, что невозможно выполнить при одном установе заготовки на продольно- и карусельно-фрезерных станках.

На обрабатывающих центрах выполняются все виды работ, необходимые при обработке отверстий, в частности: сверление по различным циклам обработки, рассверливание, зенкерование и круговое фрезерование литых и предварительно обработанных отверстий, растачивание, последовательное растачивание в несколько проходов, растачивание набором резцов, установленных в одной расточной борштанге, растачивание резцовыми головками отверстий большого диаметра, а также развертывание.

Технологические возможности растачивания отверстий резко возрастают с применением плансуппортной головки, радиальное перемещение резца у которой программируется по заданному циклу. В этом случае возможно растачивание без смены инструмента ступенчатых отверстий, канавок и выточек, ступенчатых отверстий с внутренней стороны стенки заготовки, конических отверстий и других форм, подрезание торцов, а также торца с противоположной стороны стенки заготовки. На станках выполнима обработка всевозможных крепежных отверстий по разнообразным циклам обработки: сверление, цекование, нарезание резьбы, подрезание торцов бобышек, зенкерование и др. При этом близкое расположение отверстий не является препятствием.

По точности исполнения некоторые обрабатывающие центры близки к координатно-расточным станкам, поэтому на них выполняется тонкое растачивание отверстий, обеспечивающее точность по IT6 и IT7 при шероховатости поверхности для чугуна в пределах Rz = 3…10 мкм.

Многоцелевые станки предназначены для обработки деталей из различных марок сталей, чугуна, цветных сплавов, алюминия, магния и других материалов. При этом для сокращения машинного времени в них предусматривается более высокие скорости резания и подачи, чем в универсальных станках.

Необходимость достижения высокой точности и малой шероховатости изготавливаемых деталей определила развитие приводов позиционирования и малых подач, регулируемых приводов постоянного тока, гидравлических и тиристорных приводов широкого диапазона; совершенствования системы направляющих подвижных узлов (использования направляющих качения, гидравлических направляющих, направляющих скольжения с полимерными накладками); применение винтовых пар качения вместо пар скольжения. Всё это привело к сокращению времени позиционировании и снижению его погрешности до величин порядка 0,005 мм. Несмотря на большое разнообразие форм, размеров и требований к точности и качеству, обработка поверхностей на многоцелевых станках, как правило, выполняется окончательной.

Как уже упоминалось, только две вспомогательные операции требуют ручного труда – это установка (закрепление) и снятие готовой детали. Здесь уместно проанализировать целесообразность применения для выполнения этих вспомогательных операций промышленных роботов. Особенно успешное их использование отмечается для простых по форме деталей с повторяющимися размерами базовых поверхностей под захватное устройство робота.

Для снижения потерь времени, связанных с ручной фазой работы, многие многоцелевые станки оснащаются двумя и более сменными столами. Пока на одном столе ведется обработка очередной детали, со второго стола снимается готовая деталь и на её место устанавливается следующая заготовка. Таким образом, происходит совмещение вспомогательного ручного и машинного времени. Для того чтобы ввести новую заготовку в рабочую зону после обработки предыдущей, требуется всего лишь несколько секунд.

Многоцелевые станки пригодны для изготовления любых деталей, однако высокая стоимость делает нерентабельным их использование при производстве простых деталей. Чем сложнее детали, чем больше операций и переходов содержит технологический процесс, тем эффективнее применение этих станков. Они характеризуются наиболее высоким уровнем автоматизации и производительности, более высокими требованиями к точности изготовления их деталей, сборочных единиц, к системе управления, чем это имеет место по отношению к универсальным станкам.

Можно считать, что производительность в сравнении с универсальными станками увеличивается в среднем в 3–4 раза. Большая эффективность получается при обработке более сложных деталей, требующих повышенной точности. Повышение точности достигается в результате устранения перебазировании деталей и обработке связанных между собой поверхностей жесткими допусками положение от одной базы и одного программоносителя. Повышается мобильность производства при переходе от обработки одних деталей к другим, что важно для мелкосерийного производства.

Станки с ЧПУ в значительной степени отличаются друг от друга конструктивным исполнением, техническими характеристиками, а также компоновкой узлов и механизмов. По характеру преобладающих технологических переходов и соответственно по разновидностям главного движения многоцелевые станки можно разделить на три большие группы:

- фрезерно-сверлильно-расточные, с главным движением – вращением инструмента и компоновкой, аналогичной фрезерным (консольным и бесконсольным), сверлильным, горизонтально-расточным;

- токарно-сверлильные, токарно-сверлильно-фрезерные с главным движением – вращением обрабатываемой детали при компоновке, приближающейся к компоновке станков токарной группы;

- станки с широким использованием различных видов обработки (включая строгание) и с совершенно оригинальной компоновкой узлов.

Встречаются многоцелевые станки (МС), скомпонованные как агрегатные станки, а также станки, состоящие из узлов, характерных для универсальных станков. В зависимости от расположения шпинделя, они подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Далее приведем в виде рис. 2.20 различные компоновочные решения многооперационных станков.

На нем обозначено: 1 – стойка; 2 – шпиндельная бабка; 3 – станина; 4; 7 – салазки; 5; 6 и 8 – столы; 9 – шпиндель; 10 – бабка изделия; 11 – портал; 12 – плита; 13 – поперечина.

Компоновка многоцелевого станка (МС) в значительной степени определяется его размерами. На крупных вертикальных станках массивная шпиндельная головка может вызывать перекос шпинделя, приводящий к потере точности и появлению вибраций при обработке деталей.

По характеру компоновки МС делятся на горизонтальные и вертикальные, в зависимости от расположения оси шпинделя. На рис. 2.20 а, б, в показаны горизонтальные МС для обработки заготовок корпусных деталей и приведено расположение управляемых координатных осей.

Стойка 1 (рис. 1. а) с перемещающейся по ней в вертикальном направлении шпиндельной бабкой 2 устанавливается неподвижно, либо перемещается по станине 3. При неподвижной стойке 1 стол 5 с поворотным накладным столом 6 перемещается по двум взаимно-перпендикулярным осям координат с помощью салазок 4, снабженных крестообразно расположенными верхними и нижними направляющими.

Рис. 2.20. Компоновки многоцелевых станков: а – горизонтальная с неподвижной стойкой, крестовым и поворотным столом; б – горизонтальная с подвижной по одной оси координат стойкой, столом и поворотным столом; в – горизонтальная с неподвижным поворотным столом и крестовой стойкой; г – горизонтальная с подвижной по одной оси координат стойкой и с поворотно-наклонным столом; д – горизонтальная с неподвижной стойкой и поворотным вокруг горизонтальной оси координат столом; е – вертикальная с неподвижной стойкой и крестовым столом; ж – вертикальная с двумя стойками, подвижным столом и поперечиной: з – вертикальная со стойками и подвижным порталом

Для обработки заготовок с разных сторон, поворотные столы могут поворачиваться на углы, заданные управляющей программой.

При подвижной в одном направлении стойке 1 (рис. 2.20 б) стол 5 перемещается по одной линейной оси координат. Стойка 1 (рис. 2.20 в) с помощью промежуточных салазок 7 перемещается по двум взаимно-перпендикулярным осям, а стол 5 выполняют неподвижным. Компоновки с неподвижным или перемещающимся только по одной координате столом 8 (рис. 2.20 г) используются в станках с поворотно-наклонным столом 5.

На рис. 2.20 д показан горизонтальный МС для обработки заготовок корпусных деталей или деталей типа тел вращения. На неподвижной стойке 1 в вертикальном направлении перемещается шпиндельная бабка 2 с выдвижным шпинделем 9.

В перпендикулярном направлении к оси вращения инструментального шпинделя 9 может перемещаться бабка изделия 10 вдоль горизонтальной оси. Станки указанной компоновки предназначены для сверлильно-фрезерно-расточной обработки вращающимся инструментом и для токарной обработки не вращающимся инструментом, закрепленным в неподвижном шпинделе 9, заготовок в патроне, установленном на поворотном столе 6.

На рис. 2.20 е показан вертикальный МС с неподвижной стойкой 1, по направляющим которой перемещается шпиндельная бабка 2. Салазки 4 со столом 5 могут осуществлять движение поперечной подачи по направляющим станины 3, стол 5 (как правило, удлиненной формы) дает движение продольной подачи по направляющим салазок.

На рис. 2.20 ж и з представлены двухстоечные вертикальные станки. Портал 11 может быть неподвижным или подвижным. Он передвигается вдоль неподвижной плиты 12. При неподвижном портале (см. рис. 2.20 ж) стол 5 перемещается по одной оси координат, на нем устанавливается стол-спутник или заготовка. Шпиндельная бабка 2 расположена на поперечине 13 и перемещается по ней в горизонтальном направлении, перпендикуляр­ном к направлению перемещения стола. Поперечина 13 может быть неподвижной, являясь частью портала.

При неподвижной поперечине (рис. 2.20 з) по оси координат 7 перемещается шпиндельная бабка 2, расположенная на салазках 4, которые перемещаются по направляющим поперечины 13. В этих случаях обработка на МС не требует, как правило, сложной специальной зажимной оснастки. Заготовки часто крепят с помощью простых упоров и прихватов. Применяют также универсально-сборные приспособления (УСП).

Далее рассмотрим несколько примеров многооперационных (многоцелевых) и токарных станков с ЧПУ с приведением их основных технических характеристик. Эти примеры полезны в смысле выбора нужной модели станка, а также для оценки технологических возможностей рассматриваемого оборудования.

Следует обратить внимание на то, что современные каталоги содержат огромное количество моделей таких станков, выпускаемых фирмами-производителями во всем мире. На производстве выбор модели станка с ЧПУ является непростой и очень ответственной задачей технолога, курирующего проект по автоматизации производства.

Уместна последовательность выбора: вначале из оборудования, которое имеется на базовом предприятии, затем из отечественных моделей станков и уже потом – из прочих моделей, включая зарубежные образцы.

Далее рассмотрим несколько разнообразных примеров конструктивного исполнения многоцелевых станков с ЧПУ как типа ОЦ, так и токарных. Это полезно сделать для того, чтобы обучающиеся могли получить первоначальное представление об объектах будущего обзора и поиска иных моделей в различных источниках технической информации. Допускается использовать при выполнении обзорной части модели с их техническими данными, которые приводятся ниже.

Более подробные сведения о станках подобного типа всегда можно получить из соответствующих каталогов оборудования.

Примеры многооперационных станков с ЧПУ. Станок сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ модели 500V/5.

Рис. 2.21. Общий вид сверлильно-фрезерно-расточного станка с ЧПУ модели 500V/5

Станок, изображенный на рис. 2.21, имеет систему автоматической смены инструмента (АСИ) и предназначен для комплексной обработки деталей из различных конструкционных материалов в условиях мелкосерийного или серийного производства. Он содержит 2-х координатный поворотный стол с различными диаметрами планшайбы; выполняет операции сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезами, все виды фрезерования.

Преимуществами этого станка является: наличие в конструкции указанного встроенного поворотного стола, оснащение щупами для измерения размеров детали и инструмента, возможность 5-ти осевой обработки и др.

Техническая характеристика станка с ЧПУ модели 500V/5.

Параметры стола:
1. Диаметр планшайбы, мм	320 (500)
2. Диаметр центрального отверстия, мм	60Н7
3. Размеры Т-образных пазов, мм	14Н7
4. Количество Т-образных пазов	8
5. Наибольшее расстояние от торца шпинделя до стола, мм	465
6. Наибольшая масса обрабатываемой детали, кг	500
Шпиндель:
7. Конус шпинделя	SK 40
8. Пределы частот вращения шпинделя, об/мин	0…8000
9. Номинальный крутящий момент на шпинделе, Нм	44,6
Перемещения:
10. Наибольшие перемещения по осям, мм
- продольное перемещение Х-салазок (Х)	900
- поперечное перемещение Y-колонны (Y)	500
- вертикальное перемещение шпиндельной бабки (Z)	450
11. Поворот стола, град.
- поворот стола (А)	30
- вращение стола (С)	360
12. Точность позиционирования по всем осям, мм	0,01
13. Предельные рабочие подачи, мм/мин	1…15000
14. Скорость быстрого перемещения по осям Х, Y, Z, м/мин	15…30
Инструментальный магазин:
15. Емкость инструментального магазина, шт.	20
16. Время смены инструмента, с.	2,5
17. Наибольший диаметр инструмента в магазине, мм	110
18. Наибольшая длина инструмента в шпинделе станка, мм	250
19. Наибольшая масса оправки в магазине, кг	6,5
Характеристика электрооборудования:
20. Мощность двигателя главного привода, кВт	7
21. Номинальная частота вращения, об/мин	1500
22. Максимальная частота вращения, об/мин	8000
23. Суммарная мощность электродвигателей, кВт	30
Система ЧПУ: SINUMERIK 840D
Прочие характеристики:
24. Габаритные размеры, мм 2905x3165x3000
25. Общая площадь станка в плане, м2	12
26. Масса станка, кг	7400

Станок фрезерный пятикоординатный с ЧПУ модель САМ5-850А4. Станок (рис. 2.22) предназначен для обработки заготовок кор­пусных деталей, устанавливаемых в зажимном приспособлении (или на столе-спутнике) на поворотном столе.

Рис. 2.22. Общий вид пятикоординатного станка модели САМ5-850А4

Шпиндельная бабка вместе со шпинделем переме­щается по вертикальным направляющим подвижной стойки. В верхней части станины смонтирован инструментальный ма­газин, а справа – поворотная платформа, на которой устанав­ливаются зажимные приспособления (или столы-спутники) с заготовками.

Станок предназначен для комплексной механической обработки сложных корпусных деталей из сталей, титановых и легких сплавов. На этом станке выполняются операции плоского и контурного фрезерования, сверления, развертывания, растачивания, подрезки торцев корпусных деталей, нарезания резьбы метчиком. Обработка производится с пяти сторон детали за одну ее установку.

Техническая характеристика станка модели САМ5-850А4.

1. Класс точности	Н
2. Рабочая поверхность стола, мм (длина х ширина)	850х560
3. Наибольшее перемещение, мм - по координате «X» - по координате «Y» - по координате «Z»	1000 520 950
4. Пределы рабочих подач: - линейных, мм/мин - угловых, град./мин	1…10000 1…1000
5. Пределы частоты вращения шпинделя, об/мин.	8…3000
6. Мощность главного привода, кВт	23,5
7. Устройство ЧПУ	CNC
8. Количество инструментов в магазине, шт.	39
9. Габаритные размеры, мм (длина х ширина х высота)	5290х5180х4500
10. Масса станка, кг	27500

Станок модели PHS 912P1. Приведенный ниже станок (рис.2.23) также относится к многооперационным станкам типа «Обрабатывающий центр». Особенностью его конструкции является то, что он снабжен двухосевой шпиндельной головкой, которая превращает станок в 5-ти координатный. Это позволяет обрабатывать на станке самые разнообразные сложные корпусные детали средних размеров. Конструкции шпиндельных головок, подобных данной, приведены ниже.

Рис. 2.23. Станок с двухкоординатной шпиндельной головкой

Техническая характеристика модели PHS 912P1.

1. Продольное перемещение, мм	1200
2. Поперечное перемещение, мм	1200
3. Вертикальное перемещение, мм	600
4. Размер стола, мм	1320х800
5. Нагрузка на стол, кг	2000
6. Расстояние между колонами, мм	920
7. Ускоренное перемещение, м/мин	30
8. Ускорения, м/с2	10
9. Вес станка, кг	6000

Вертикальный обрабатывающий центр модели LEADER 5 фирмы SIGMA. Этот станок (рис. 2.24) имеет стандартное оснащение, в которое входит полностью закрытая кабинетная защита, система подачи СОЖ: емкость бака 650 л, насос (производительность 100 л/мин, давление 5 бар), два шнековых стружечных конвейера, конвейер отвода стружки с высотой сброса 1000 мм, две лампы напряжением 24 В для освещения рабочей зоны, 40 тяг DIN 69872-A для вспомогательного инструмента, выносной электронный маховичок, система «SIGMA Tool Check», автоматически открываемое ограждение, система жесткого резьбонарезания, трехцветный световой индикатор.

Рис. 2.24. Вертикальный обрабатывающий центр модели LEADER 5

Техническая характеристика станка модели LEADER 5

Рабочая зона:
1. Размеры стола, мм	1400x770 мм
2. Перемещения по осям X, Y, Z, мм	1250; 810; 630
3. Расстояние от торца шпинделя до стола, мм	780
4. Максимальная нагрузка на стол, Н	14000
Шпиндельный узел:
5. Встроенный мотор-шпиндель
6. Присоединение инструмента – DIN 69871/A 7. Диапазон частот вращения, об/мин	конус 40 40…15 000
8. Максимальная мощность, кВт	27
9. Максимальный крутящий момент, Нм	235
10. Подшипники: с керамическими шариками
11. Угловое позиционирование шпинделя	3600 позиций
12. Инструментальный магазин цепной	40 позиций
13. Время смены инструмента (от стружки до стружки), с.	1,5 (4,5)
14. Ускоренное перемещение по осям X, Y, Z, м/мин	40
15. Ускорение перемещений по линейным осям, мм/с 2	5000
16. Вес станка, кг	10300

Станок является достаточно новой моделью, выпускаемой с 2007 года. Он служит, преимущественно, для обработки деталей с вертикальной осью расположения режущих инструментов, обладая при этом необходимой точностью, прочностью и жесткостью конструкции.

Обрабатывающие центры модельного ряда ОЦ. Обрабатывающие центры модельного ряда ОЦ (рис. 2.25; 2.26 и 2,27) обладают широким набором технологических возможностей. Они предназначены для фрезерования различных поверхностей (плоских и криволинейных), растачивания, сверления, зенкерования и развертывания отверстий, нарезания резьбы метчиками, фрезами в деталях из труднообрабатываемых материалов сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов. Станки позволяют измерять и запоминать длину инструмента с точностью 0,01 мм., что исключает необходимость в ручной настройке инструмента вне станка и упрощает подготовку программ.

Измеряемые величины автоматически заносятся в память устройства ЧПУ. Устройства ЧПУ типа ОЦ обеспечивают адаптивное управление скоростью подачи по мощности привода главного движения, а также контроль износа и поломки инструмента.

Рис. 2.25. Обрабатывающий центр модели ОЦ1И22

Рис. 2.26. Обрабатывающий центр модели ОЦ1И32

Рис. 2.27. Обрабатывающий центр модели ОЦ1И32Д

Станки имеют инструментальный магазин, возможность записи программы по модели, позволяют производить четырехкоординатную обработку деталей сложной формы, длинных и корпусных деталей, контурное фрезерование, обработку спиральных пазов и окон на цилиндрических деталях. Имеется автоматический контроль радиуса фрезы, длины инструмента и измерение обработанной детали. Технические характеристики станков этого ряда даны ниже в табл. 2.2.

Станок сверлильно-фрезерно-расточный с ЧПУ модели 630Н. Этот станок (рис. 2.28), имеющий систему автоматической смены инструмента (АСИ) и числовое программное управление, предназначен для комплексной обработки деталей из различных конструкционных материалов с 4-х сторон. Он выполняет операции сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезерования.

Табл. 2.2. Технические характеристики станков модельного ряда ОЦ

Наименование параметра	ОЦ1И22	ОЦ1И32	ОЦ1И32Д
Класс точности станка	Н	Н	Н
Размеры рабочей поверхности стола, мм.	1250х400	1250х500	1250х500
Наибольшее перемещение стола относительно оси шпинделя, мм. продольное/поперечное	1200/400	1200/500	1200/500
Наибольшая скорость перемещения стола по направлениям, м/мин в продольном/поперечном	10/10	12/12	12/12
Предельные размеры заготовок, мм. - при закреплении на столе - в поворотном устройстве	1200х400 х350 320х900	1200х500 х400 320х900	1200х500 х400 320х900
Количество шпинделей, шт.	1	1	2
Расстояние между осями шпинделей, мм	-	-	400±0,01
Конус шпинделя по ГОСТ 15945-82	SK 50	50АТ5	40АТ5
Предел частоты вращения шпинделя, об/мин.	20…2500	20…3500	20…8000
Наибольшее перемещение (ось Z), мм.	550	550	550
Наибольшая скорость перемещения, м/мин.	10	12	12
Количество механизмов автоматической смены инструментов	1	1	2
Наибольшее количество инструментов, шт.	15	15	15х2
Наибольшая масса инструмента, кг.	15	15	10
Наибольший диаметр инструмента, мм.	105	105	105
Время цикла смены инструмента, с.	14	14	12
Точность позиционирования, мкм.	20	20	20
Стабильность позиционирования, мкм.	10	5	2
Точность при контурном фрезеровании, мм.	0,03	0,03	0,03
Общая мощность электродвигателей, кВт.	20	20,2	46,0
Габаритные размеры, мм.	4500×2300× ×3000	4460×2575× ×3070	3735×2560× ×2850
Масса станка, кг	7300	7300	7800

К функциональным возможностям станка с ЧПУ модели 630Н (см. рис. 2.28) относится высокоскоростная обработка, оснащение контрольными щупами для измерения деталей и инструмента и устройство смены паллет с заготовками.

Направления перемещений: ось X – продольное перемещение стола, ось Y – вертикальное перемещение шпиндельной бабки, ось Z – поперечное перемещение колонны (стойки), ось В – поворот стола с вертикальной осью вращения.

Рис. 2.28. Станок сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ модели 630Н

Табл. 2.3. Техническая характеристика станка модели 630Н

Наименование параметра Параметры стола	630Н
Параметры стола
Размеры рабочей поверхности стола, мм Диаметр центрального отверстия, мм Диаметр крепежных отверстий, мм	630x630 25H7 M16-H
Шпиндель
Конус конца шпинделя (DIN 69871) Пределы частот вращения шпинделя, об/мин Номинальный крутящий момент шпинделя, Нм	SK40 0...8000 70
Перемещения
Наибольшие программируемые перемещения по осям, мм - продольное перемещение стола (X) - вертикальное перемещение шпиндельной бабки (Y) - поперечное перемещение колонны (Z) Поворот стола (ось В), град. Наименьший угол поворота стола, град. Точность углового положения стола, град. Диапазон рабочих подач по координатам X, Y, Z, мм/мин Ускоренные хода по координатам X, Y, Z, м/мин	900 600 700 360 5 ±0,002 000 15...25
Инструментальный магазин.
Емкость инструментального магазина, шт. Время смены инструмента, с. Наибольший диаметр инструмента, устанавливаемого в магазине, мм Наибольшая длина инструмента, устанавливаемого в шпинделе, мм Наибольшая масса оправки, устанавливаемой в магазине, кг	40 16 125 250 10
Характеристика электрооборудования
Мощность главного привода, кВт Суммарная мощность электродвигателей, кВт Система ЧПУ	11/17 31,5 SINUMERIK 840D
Прочие характеристики
Габаритные размеры, мм Общая площадь станка в плане, кв.м. Масса, кг	3100x3300x3690 11 500

Станок сверлильно-фрезерно-расточный с ЧПУ модели 400V.

Станок сверлильно-фрезерно-расточный с автоматической сменой инструмента (АСИ) и числовым программным управлением модели 400V (рис. 2.29) предназначен для комплексной обработки деталей из различных

Рис. 2.29. Станок сверлильно-фрезерно-расточный с ЧПУ модели 400V

конструкционных материалов в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства. Выполняет операции сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезами, фрезерования. Область применения: машиностроительные предприятия различных отраслей промышленности.

Возможности станка: высокоскоростная обработка, применение поворотного стола для четырехкоординатной обработки, оснащения щупами для измерения детали и инструмента.

Табл. 2.4. Техническая характеристика станка 400V

Наименование параметра Параметры стола	400V
Параметры стола
Размер рабочей поверхности стола, мм Ширина направляющего паза, мм Количество Т-образных пазов Наибольшее расстояние от торца шпинделя до стола, мм	400x900 18H7 3 560
Шпиндель
Конус шпинделя (DIN 69871) Диапазон частот вращения шпинделя, об/мин Номинальный крутящий момент на шпинделе, Нм	SK40 0-8000 44,6
Перемещения
Наибольшие программируемые перемещения по осям, мм -продольное перемещение стола (X) -поперечное перемещение верхней колонны (Y) -вертикальное перемещение шпиндельной бабки (Z) Точность позиционирования, мм	540 400 450 ±0,005
Инструментальный магазин
Емкость инструментального магазина, шт. Время смены инструмента, с Наибольший диаметр инструмента, устанавливаемого в магазине, мм Наибольшая длина инструмента в шпинделе станка, мм Наибольшая масса оправки, устанавливаемой в магазине, кг	20 8,5 125 250 10
Характеристика электрооборудования
Мощность двигателя главного привода, кВт Суммарная мощность электродвигателей, кВт Система ЧПУ	11 17,7 SINUMERIK 802D
Прочие характеристики
Габаритные размеры, мм. Общая площадь станка в плане, кв.м. Масса, кг	2400x2200x2640 6,1 4700

Универсальные обрабатывающие центры. Разработаны универсальные обрабатывающие центры, сочетающие в своей конструкции преимущества вертикальных и горизонтальных компоновок. Один из обрабатывающих центров такого типа показан на рис. 2.30. Данный станок отличается от других аналогичных моделей наличием сменных инструментальных головок, заменяемых в автоматическом цикле. Кроме того, имеется инструментальный магазин цепного типа.

Рис. 2.30. Универсальный горизонтальный обрабатывающий центр с автоматической сменой головок модели DS 600

Техническая характеристика ОЦ модели DS 600

1. Перемещение по оси X, мм 1340

2. Перемещение по оси Y, мм 940

3. Перемещение по оси Z, мм 1100

4. Размер паллеты, мм 900х900

5. Размер (диаметр) стола, ось «B», мм 900

6. Вместимость магазина инструментов, шт. 54

7. Вместимость магазина шпиндельных головок, шт. 10

8. Максимальный диаметр точения, мм 900

9. Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин 2500

Горизонтальный ОЦ модельного ряда BLUESTAR. Такие станки обладают достаточно простой конструкцией (рис. 2.31), сравнительно низкой стоимостью.

Рис. 2.31. Горизонтальный обрабатывающий центр модельного ряда BLUESTAR (защитное ограждение снято)

Горизонтальный обрабатывающий центр ИСБ1200 – модуль. Как и два последующих станка, он выпускается Ивановским заводом тяжелого машиностроения. Отличительной особенностью является полная автономность модуля при комплектной обработке, когда на каждой паллете размещаются различные детали (рис. 2.32). Автоматизированная загрузка паллет из накопителя большой емкости реализует принцип безлюдной технологии. Наибольшее перемещение по осям: X (стол поперечно) – 2000 мм, Y (шпиндельная бабка вертикально) – 1600 мм, W (стойка продольно) – 1000 мм, Z (выдвижение шпинделя) – 710 мм, B (поворот стола) – 360^о.

Имеется 5 паллет размером 1200х1200 мм грузоподъемностью 400 кг и временем смены 100 с. Число оборотов шпинделя до 3000 об/мин. Емкость инструментального магазина до 100 инструментов. Система управления Fanuс или Siemens.

Рис. 2.32. Горизонтальный обрабатывающий центр ИСБ1200 – модуль

Горизонтальный суперцентр ИС800 Глобус. Этот станок (рис. 2.33) предназначен для обработки сверхсложных деталей типа лопаток, крыльчаток, гребных винтов кораблей и других изделий аэрокосмической и авиационной промышленности с одновременным управлением по 5-ти координатам.

К техническим характеристикам можно отнести наличие кругового делительного стола (ось В), который поворачивается на 360^о с погрешностью деления ± 3,6 угловых секунд. Размер рабочей поверхности 800х800 мм. Имеется делительный механизм качания (ось А) от 20 до 130 градусов. Погрешность равна ± 12 угловым секундам. Величины перемещений по осям X,Y, и Z равны 1200, 1000 и 1100 мм, соответственно.

Предел частоты вращения шпинделя – 12000 об/мин. Число инструментов в магазине достигает – 50. Время смены инструмента не превышает 7 с. Мощность привода главного движения составляет 30 кВт.

Рис. 2.33. Горизонтальный суперцентр ИС800 Глобус

Прецизионный обрабатывающий центр модели KERN Pyramid Nano. Особое направление в разработке современных многооперационных станков с ЧПУ представляет создание особо точных (прецизионных) моделей, которые преимущественно предназначены для использования при обработке очень точных малогабаритных деталей приборостроения, научной, авиационной и космической техники. К ним можно отнести два станка (рис. 2.34 и 2.35), описание которых дано ниже.

Рис.2. 34. Прецизионный обрабатывающий центр KERN Pyramid Nano

Станок имеет гидростатические направляющие приводов, станину с повышенными виброгасящими свойствами. Число гнезд в инструментальном магазине, в зависимости от модификации 75 или 96 шт. Имеется автооператор смены заготовок на 20 гнезд. Предусмотрено централизованное управление температурой (направляющих, приводов, станины, шпинделя, шкафа управления). Перемещения по осям при 3 – 5 осевой обработке: X = 500 мм, Y = 500 мм, Z = 300 мм. Пределы подач от 0,01 до 30 000 мм/мин., ускорение до 10 м/с² . Частота вращения шпинделя модели HSK 40 от 200 до 36 000 об/мин при мощности 11 кВт. Опционный шпиндель HSK 25 дает 500 – 50000 об/мин и мощность 6,4 кВт. Предусмотрен лазерный контроль размеров инструмента с точностью ± 1 мкм, а также автоматический контроль заготовки также с точностью ± 1 мкм. Особо следует отметить точность позиционирования в пределах ± 0,3 мкм. Шероховатость обработки R_a < 0,05 мкм. Вес станка – 7 тонн.

Прецизионный обрабатывающий центр KERN Micro. Данный станок служит для получения точных деталей из разнообразных по своим свойствам материалов. Он предназначен для использования при обработке медных электродов, цветных и черных металлов, пластиков, твердых сплавов и титана.

Рис. 2.35. Прецизионный обрабатывающий центр KERN Micro

Станина станка выполнена из полимербетона. Магазин инструментов на 20 гнезд. Перемещения по осям составляют: X = 250 мм, Y = 220 мм, Z = 200 мм. Пределы подач от 0,01 до 6000 мм/мин., ускорение до 4 м/с² . Частота вращения шпинделя модели от 500 до 50000 об/мин при мощности 3,4 кВт. Опционные шпиндели имеют пределы частот вращения: 500–30000; 20000–80000; 30000–90000 и 60000–160000 об/мин.

Можно отметить точность позиционирования в пределах ± 1мкм. Шероховатость обработки в пределах R_a < 0,2 мкм.

Обрабатывающий центр со сдвоенной системой исполнительных устройств модели TWIN. В развитии современных станков с ЧПУ можно отметить попытку устранить главный недостаток этих станков, который заключается в ограничениях по производительности.

Эта особенность станков объясняется последовательной схемой обработки деталей. При такой схеме обработка в каждый момент времени ведется одним инструментом. После выполнения данного технологического перехода производится автоматическая замена и в работу вступает очередной инструмент.

Рис. 2.36. Станок модели TWIN со сдвоенными рабочими органами

Характерная для высокопроизводительных специальных станков параллельная многоинструментальная схема обработки здесь практически не применяется. Например, многошпиндельные насадки усложняют наладку станка и плохо вписываются в габариты инструментальных магазинов в сочетании с обычными инструментальными блоками.

Примером перехода к одновременной обработке двух деталей может служить фрезерный станок с ЧПУ модели TWIN (см. рис. 2.36). Он фактически содержит два фрезерных станка в одной механической структуре с возможностью синхронной и независимой обработки.

Система управления одна на весь станок. Предусмотрено два инструментальных магазина, управляемые сопла наружного подвода СОЖ под давлением 20 бар и внутренний подвод с давлением 40 бар. Перемещение по координатам X = 400 + 400 мм, Y = 640 мм, Z = 510 мм. Диаметр поворотных столов равен 480 мм, качание наклонного стола в пределах ± 105^о. Максимально возможный габарит обрабатываемых деталей равен 775 мм.

Далее на рис. 2.37 а и 2.37 б приведены известные примеры дублирования исполнительных устройств, предназначенных для станков с ЧПУ.

а

б

Рис. 2.37. Варианты компоновок станков: а – с двумя шпиндельными головками и двухместным глобусным столом (станок модели HSC фирмы OMV); б – с тремя синхронизированными шпинделями