Вертикальный фрезерный обрабатывающий центр: компоновки, оси, четвёртая ось

Назначение

Вертикальный ОЦ — самый распространённый фрезерный станок с ЧПУ. Деталь лежит на столе, инструмент подходит к ней сверху. За одну установку станок фрезерует плоскости, карманы и пазы, сверлит, растачивает и нарезает резьбу во всех отверстиях на верхней стороне детали.

Международный стандарт ISO 10791 определяет обрабатывающий центр как станок с ЧПУ, который выполняет несколько видов обработки и сам меняет инструмент из магазина по программе. Вертикальным центрам посвящена часть 2 этого стандарта, горизонтальным — часть 1.

Компоновка и оси

Оси обозначают по ГОСТ 23597-79 (он соответствует ISO 841). Ось Z параллельна оси шпинделя, у вертикального станка она вертикальна; движение в плюс — инструмент уходит от детали. Ось X горизонтальна и параллельна поверхности стола — обычно это самый длинный ход. Ось Y дополняет их до правой системы координат: на вертикальном ОЦ это движение к колонне и от неё.

Крестовый стол. Стол стоит на салазках: салазки ездят по станине по Y, стол по салазкам — по X. Шпиндельная бабка движется по колонне по Z. Колонна прикручена к станине, и в профиле они похожи на букву C — отсюда название C-образная станина.

Это простая и распространённая схема. Её особенность: деталь едет вместе со столом, поэтому масса детали и приспособления нагружает приводы X и Y.

Подвижная колонна. Стол неподвижен, а колонна со шпиндельной бабкой сама ездит по станине. Масса детали больше не влияет на динамику осей, а длинный стол проще сделать: ему не нужно выезжать из-под шпинделя. Такую компоновку выбирают под длинные и тяжёлые детали.

По ГОСТ 23597-79 движение узла, который несёт заготовку, обозначают буквой со штрихом (X′, Y′, а для поворота — A′, B′, C′), и его плюс направлен в обратную сторону. Программисту это не важно: программу пишут так, будто движется инструмент, а стойка сама решает, каким узлом двигать.

Основные узлы

Станина, направляющие, приводы подач, шпиндель и магазин подробно разобраны в первом курсе. Здесь — что важно именно для вертикального ОЦ.

• Шпиндельная бабка и колонна. Чем дальше шпиндель вынесен от колонны, тем больше рычаг, на котором работают силы резания. Поэтому у C-образной станины важны жёсткость колонны и вылет бабки.
• Стол с Т-образными пазами. Для клиента важны два числа: размер стола и допустимая нагрузка на него.
• Магазин инструмента — дисковый с автооператором, зонтичный или цепной. От его ёмкости зависит, сколько разных деталей станок делает без переналадки.
• Стружка и СОЖ. На вертикальном станке стружка падает на деталь и на стол, её смывают СОЖ и выносят транспортёром. При глубоких карманах важна подача СОЖ через шпиндель.

Четвёртая ось. Sandvik Coromant описывает поворотный стол как дополнение к трёхосевому центру: он даёт четвёртую ось и доступ к детали с нескольких сторон. Чаще всего это поворотное устройство, которое ставят на стол. Ось поворота лежит горизонтально вдоль X, значит, по ГОСТ это ось A (на схемах — A′, потому что поворачивается деталь). Длинные детали поджимают задней бабкой.

Бывают и встроенные в станок столы, которые вращаются вокруг вертикальной оси, — ось C. ISO 10791-2 различает четыре типа столов вертикального ОЦ: неповоротный, с поворотом вокруг вертикальной оси C′ и два типа, которые к тому же наклоняются вокруг горизонтальной оси A′ или B′. Последние уже дают пятиосевой станок.

Четвёртая ось работает двумя способами. В позиционном режиме стол поворачивается на угол и стоит, пока станок режет, — так обрабатывают грани детали за одну установку. В непрерывном режиме поворот идёт одновременно с движением по X, Y, Z — так фрезеруют пазы по спирали и контуры на цилиндре. Второй режим должна поддерживать стойка и постпроцессор.

Типовые детали

• плиты, пластины, фланцы с отверстиями и карманами;
• корпуса приборов и небольшие корпуса редукторов, когда основная обработка — сверху;
• кронштейны, крышки, рычаги;
• детали оснастки: кондукторы, приспособления, плиты штампов;
• формообразующие детали пресс-форм (3D-поверхности, обработка фрезами со сферическим концом);
• с четвёртой осью — валы с лысками и пазами, детали с отверстиями на нескольких гранях.

Какие параметры смотреть в КП

На что смотреть при выборе

• Если деталь тяжёлая или длинная → смотрите допустимую нагрузку на стол и подумайте о компоновке с подвижной колонной.
• Если обрабатывают сталь крупными фрезами → смотрите момент шпинделя на низких оборотах и жёсткость станка, а не только максимальные обороты.
• Если это алюминий и мелкие фрезы → важнее высокие обороты и быстрые перемещения.
• Если на детали отверстия на нескольких гранях → предложите четвёртую ось: меньше установок, меньше ошибок при перестановке.
• Если много разных деталей небольшими партиями → большой магазин сокращает переналадки.
• Если нужны глубокие карманы и сверление → подача СОЖ через шпиндель и транспортёр стружки.
• Если клиенту важна точность → договоритесь, какие проверки по ISO 10791-2 и ISO 230-2 войдут в приёмку, и запишите это в договор.

Вопросы клиенту

1. Какие детали будете делать? Пришлите чертежи или 3D-модели двух-трёх типовых.
2. Какой материал, какие габариты и масса заготовки вместе с приспособлением?
3. Есть ли обработка с нескольких сторон или под углом? Сколько сейчас установок на деталь?
4. Какие самые жёсткие допуски и шероховатость на чертеже?
5. Какая партия и годовая программа? Сколько смен работает участок?
6. На какой стойке работают ваши операторы, какой CAM у программиста?
7. Какая оснастка уже есть: конус, патроны, тиски?

Чего не обещать

• «Точность станка — это точность детали». Паспортная точность относится к станку. На размер детали влияют инструмент, закрепление, нагрев, программа и квалификация оператора.
• «Принимаем по ISO 10791-2». Сам стандарт оговаривает: при приёмке стороны выбирают конкретные проверки и записывают их при заказе. Простая ссылка на стандарт без перечня проверок ни к чему не обязывает.
• «Четвёртая ось заменит пятиосевой станок». Поворот вокруг одной оси открывает боковые грани, но наклонить инструмент к произвольной плоскости он не позволит.

Как объяснить клиенту

• «Вертикальный центр обрабатывает деталь сверху: всё, что видно на виде сверху, он сделает за одну установку».
• «Если деталь тяжёлая или длинная, лучше станок, где ездит колонна, а деталь стоит на месте».
• «Поворотный стол даёт четвёртую ось: деталь поворачивается, и станок обрабатывает её с нескольких сторон без перестановки».
• «Смотрите не только на ходы осей, но и на высоту под шпинделем и нагрузку на стол — именно они часто решают, поместится ли ваша деталь».
• «Какие проверки точности войдут в приёмку, запишем в договор заранее».