Станок с ЧПУ и обрабатывающий центр — какие бывают и для каких деталей

Что такое станок с ЧПУ

На универсальном станке рабочий сам крутит рукоятки, следит за размером по лимбам и меняет инструмент. Результат зависит от его опыта, а сложный криволинейный контур вручную сделать трудно или невозможно.

ЧПУ — числовое программное управление. По ГОСТ 20523-80 это управление обработкой заготовки по управляющей программе (УП), в которой данные заданы в цифровой форме. В программе записано, куда переместить инструмент, с какой скоростью, на каких оборотах вращать шпиндель, когда включить охлаждение и сменить инструмент. В английских текстах то же самое называют CNC — computer numerical control.

Что это даёт покупателю:

• повторяемость — сотая деталь получается такой же, как первая, потому что станок каждый раз выполняет одну и ту же программу;
• сложные формы — станок одновременно двигает несколько узлов и ведёт инструмент по любому контуру;
• быстрая переналадка — для новой детали меняют программу и оснастку, а не перестраивают станок. Поэтому ЧПУ особенно выгодно там, где много разных деталей небольшими и средними партиями;
• меньше зависимость от квалификации оператора у станка: сложную часть работы делает технолог-программист один раз.

Что такое обрабатывающий центр

Международный стандарт ISO 10791-1 определяет обрабатывающий центр как станок с ЧПУ, который выполняет несколько видов обработки — фрезерование, растачивание, сверление, нарезание резьбы — и автоматически меняет инструмент из магазина по программе.

Ключевое здесь — автоматическая смена инструмента. Станок за одну установку детали проходит десятки операций: фрезой обработал плоскость, сам поставил сверло, потом метчик. Деталь не переставляют на другой станок, а значит, меньше ошибок от переустановки и меньше ручной работы.

Слово «центр» прижилось и для токарных станков с ЧПУ с револьверной головой и приводным инструментом: их называют токарными обрабатывающими центрами.

Компоновки: главное — где шпиндель

Компоновки удобнее всего различать по двум вопросам: что вращается — инструмент или деталь, и как расположен шпиндель.

Вертикальный фрезерный ОЦ. Шпиндель с инструментом смотрит сверху вниз на стол. Это самая распространённая компоновка для корпусов, плит, кронштейнов, деталей пресс-форм. Обычно у него три линейные оси; поворотный стол добавляет четвёртую, и тогда деталь можно обработать с нескольких сторон.

Горизонтальный ОЦ. Шпиндель лежит горизонтально и подходит к детали сбоку, а стол поворачивается. За одну установку станок обрабатывает несколько сторон корпусной детали. Часто у него два и больше сменных стола — паллеты: пока на одной идёт обработка, оператор устанавливает детали на другую. Такие станки выбирают под серийное производство корпусных деталей.

Пятиосевой ОЦ. К трём линейным осям добавляются две поворотные: наклоняется и поворачивается стол или сама шпиндельная голова. Деталь сложной формы обрабатывается почти со всех сторон за одну установку. Подробнее — в статье об обработке 3+2 и пятиосевой.

Токарный станок с ЧПУ (токарный центр). Деталь зажата в патроне и вращается, резцы стоят в револьверной голове — диске, который поворотом подводит нужный инструмент. Часть позиций бывает с приводным инструментом: вращающейся фрезой или сверлом. С ним станок делает на валу лыски, пазы и поперечные отверстия. Дополнительная ось Y позволяет обрабатывать не только по центру детали, а противошпиндель — второй шпиндель напротив главного — перехватывает деталь и доделывает её с обратной стороны.

Многофункциональный (токарно-фрезерный) центр. Токарный станок, к которому добавлен полноценный фрезерный шпиндель на поворотной оси B. Задача — сделать сложную деталь полностью за одну установку: и точение, и фрезерование, и отверстия под углом. Подробнее — в статье о токарно-фрезерных центрах.

Карусельный станок (вертикальный токарный). Ось вращения вертикальная: крупная тяжёлая деталь лежит на круглом поворотном столе — планшайбе. Такие станки обрабатывают большие диски, кольца, фланцы, корпусные детали большого диаметра. Современные карусельные центры часто дополняют сменой инструмента и фрезерованием.

Горизонтально-расточной станок. Горизонтальный шпиндель, часто выдвижной, и поворотный стол. Предназначен для крупных корпусных деталей: точные соосные отверстия, расточка, фрезерование боковых поверхностей с нескольких сторон.

Портальный фрезерный станок. Шпиндельная голова ездит по поперечной балке — порталу, который стоит над столом на двух стойках. Компоновка подходит для крупных плит, рам, станин, больших пресс-форм.

Автомат продольного точения. Работает от прутка небольшого диаметра. Шпиндельная бабка с прутком двигается вдоль оси, а резцы стоят рядом с направляющей втулкой, которая поддерживает пруток у самой зоны резания. Поэтому автомат точно обрабатывает длинные тонкие детали, которые на обычном токарном станке прогибались бы: штифты, оси, детали приборов и медицинских изделий. Подробнее — в статье об автоматах продольного точения.

Где применяются

Металлорежущие станки с ЧПУ есть почти в любом машиностроении: двигатели и трансмиссии, станкостроение, энергетика, авиация, судостроение, нефтегазовое и медицинское оборудование, производство пресс-форм и штампов. Отличаются не отрасли, а детали: размеры, материал, точность и партии.

Как по детали выбрать тип станка

Таблица — отправная точка, а не правило. Окончательный выбор делают по чертежу: размеры и масса детали, требуемая точность, материал, размер партии и сколько деталей в год.

Как объяснить клиенту

• «Станок с ЧПУ каждый раз выполняет одну и ту же отлаженную программу, поэтому детали в партии получаются одинаковыми».
• «Обрабатывающий центр сам меняет инструмент, поэтому деталь проходит много операций за одну установку — меньше переустановок, меньше ошибок».
• «Тип станка подбираем под вашу деталь: тела вращения — на токарный, корпуса — на фрезерный, сложную деталь целиком — на многофункциональный».
• «Пришлите чертежи типовых деталей и годовую программу — по ним и подберём компоновку».