Инструментальная система: магазины, револьверные головки, VDI и BMT, патроны и щупы

Что входит в инструментальную систему

Станок с ЧПУ режет не одним инструментом: на корпусной детали могут понадобиться торцевая фреза, концевые фрезы, свёрла, метчики и расточная оправка. Инструментальная система решает четыре задачи: где хранить инструмент, как быстро поставить нужный в работу, как надёжно его зажать и как узнать его точный размер.

Чем лучше эти задачи решены, тем меньше станок стоит без резания: на смену инструмента, на наладку, на поиск сломанного сверла.

Магазины обрабатывающих центров

Магазин инструментов — накопитель, в гнёздах которого стоят оправки с инструментами. По команде из управляющей программы станок сам берёт нужный инструмент и ставит его в шпиндель. Это называется автоматической сменой инструмента. Основные виды:

• Дисковый магазин с автооператором. Инструменты стоят по кругу на диске сбоку от шпинделя. Смену делает автооператор — поворотная рука с двумя захватами: одним снимает инструмент из шпинделя, другим одновременно ставит новый. Пока станок режет, магазин заранее поворачивается к следующему инструменту.
• Зонтичный магазин. Диск с инструментами, похожий на раскрытый зонт; руки нет. Для смены магазин подходит к шпинделю сам или шпиндель перемещается к нему: возвращает старый инструмент в свободное гнездо, магазин поворачивается, шпиндель забирает новый. Конструкция проще и дешевле, но смена идёт дольше, а гнёзд обычно меньше.
• Цепной магазин. Гнёзда закреплены на цепи, которая может огибать звёздочки и укладываться петлями. Так помещается больше инструментов, чем на диске. Производители магазинов указывают его для станков, где нужен большой запас инструмента.

Что сравнивать

Ёмкость — сколько инструментов помещается в магазин. Она определяет, сколько разных деталей станок может делать без переналадки и сколько запасных (дублирующих) инструментов можно держать для длинной смены без оператора.

Время смены инструмента — сколько станок не режет при смене. Производители указывают его в паспорте; часто приводят время «от стружки до стружки», куда входят и отвод шпинделя, и разгон. На детали с десятками смен инструмента разница в секундах складывается в минуты на каждой детали.

Револьверная головка токарного центра

На токарном станке с ЧПУ инструмент держит револьверная головка — диск с гнёздами по окружности. По команде система ЧПУ поворачивает диск и фиксирует его так, чтобы нужный инструмент оказался в рабочем положении. Смена инструмента — это поворот диска, руки и магазина нет.

Инструмент ставят в головку через инструментальные блоки — переходники между диском и инструментом.

• Статические блоки держат неподвижный инструмент: токарные резцы, расточные оправки, свёрла по оси детали. Это самый простой и жёсткий вариант.
• Приводные блоки содержат шестерни и вал: от двигателя внутри головки вращение передаётся на фрезу или сверло. Так токарный станок фрезерует лыски и пазы и сверлит отверстия сбоку. Подробнее — в статье «Токарно-фрезерные центры и приводной инструмент».

Как блоки крепят к головке

• VDI (стандарт DIN 69880, сейчас ISO 10889). У блока цилиндрический хвостовик с зубчатой рейкой сбоку. Его вставляют в отверстие головки и зажимают одним винтом. По описанию HURCO, после установки блок выставляют по индикатору — это лишняя операция, зато его можно точно подстроить.
• BMT (base mounted turret). Блок прикручивают к торцу головки четырьмя винтами, положение задают шпонки. HURCO считает такое крепление жёстче: выставлять блок не нужно, но и подстроить его нельзя.
• Болтовые блоки отдельных производителей станков — например, BOT (bolt-on) у Haas. Их прикручивают к диску по схеме отверстий, которую задал производитель. Это не общий стандарт: блоки подходят только к револьверам этого производителя и только к определённым моделям.

Систему крепления задаёт револьверная головка, поменять её потом нельзя. Если у клиента уже есть парк блоков, это аргумент в пользу станка с той же системой.

Патроны и оправки

Режущий инструмент почти никогда не ставят в шпиндель напрямую. Между ним и шпинделем — оправка с конусом (о конусах — в уроке 6) и зажимом под инструмент.

• Цанговый патрон — основной способ зажать инструмент с цилиндрическим хвостовиком: сверло, концевую фрезу, метчик. Разрезная втулка — цанга — сжимается гайкой и обжимает хвостовик. Распространённые цанги ER стандартизованы по ISO 15488, поэтому их выпускают многие производители.
• Оправка для насадных фрез — для торцевых и дисковых фрез с посадочным отверстием, которые надевают на оправку и крепят винтом.
• Расточная оправка — для точной обработки отверстий; у чистовых оправок вылет резца регулируется.
• Переходные втулки — для инструмента с коническим хвостовиком, например свёрл с конусом Морзе.

Каждая оправка — тоже деньги. При покупке станка комплект оснастки под задачи клиента лучше обсудить сразу.

Датчики привязки и щупы

Станку нужно знать точную длину и диаметр каждого инструмента и точное положение заготовки. Раньше оператор измерял это вручную. Renishaw выделяет два класса датчиков.

• Датчик привязки инструмента стоит на столе. Инструмент касается его или проходит через лазерный луч, и система ЧПУ записывает длину и диаметр в таблицу коррекций. Тот же датчик проверяет, не сломался ли инструмент. Как работают коррекции — в статье «Системы координат и коррекции инструмента».
• Щуп (измерительная головка) ставится в шпиндель как обычный инструмент. Он касается заготовки и находит её положение и размеры: станок сам определяет нулевую точку, а между операциями может проверить размер и поправить коррекцию.

Renishaw описывает это как уровни контроля процесса: до обработки — наладка и привязка, во время обработки — контроль и поправки, после — проверка результата.

Что это даёт производительности

• Большой магазин и запасные инструменты — меньше переналадок и длиннее работа без оператора.
• Быстрая смена инструмента — меньше времени без резания на каждой детали.
• Приводной инструмент в револьвере — деталь делают за одну установку, без переноса на фрезерный станок.
• Датчики привязки и щупы — короче наладка, меньше ошибок при ручных замерах, сломанный инструмент замечают сразу. Без них безлюдная работа, о которой пойдёт речь в уроке 8, слишком рискованна.

Как объяснить клиенту

• «Смотрите не только на число гнёзд в магазине, но и на время смены инструмента: на ваших деталях много смен, и секунды складываются».
• «Приводные блоки позволяют сделать деталь на токарном станке за один установ, без отдельной фрезерной операции».
• «VDI или BMT — решение на всю жизнь станка. Какие блоки у вас уже есть?»
• «Датчик привязки и щуп окупаются временем наладки и тем, что станок сам замечает сломанный инструмент».