Токарно-фрезерные центры и приводной инструмент: оси C, Y, B, противошпиндель, G12.1 и G07.1

Что добавляет токарно-фрезерный центр

Sandvik Coromant описывает токарный центр как станок, на котором кроме точения можно фрезеровать, сверлить и нарезать резьбу метчиком. Для этого нужны несколько узлов:

Без оси Y приводной инструмент работает только в плоскости, проходящей через ось детали: радиальное отверстие, паз вдоль оси, лыска на торце. Отверстие или паз, смещённые от оси детали, требуют оси Y — или фрезерного станка.

Приводные блоки и посадочные места

Приводной блок — это узел с собственным шпинделем, который ставят в гнездо револьверной головки. По направлению инструмента блоки бывают:

• радиальные — инструмент перпендикулярен оси детали: поперечные отверстия, пазы и лыски на боковой поверхности;
• осевые — инструмент параллелен оси детали: отверстия и резьбы на торце, торцевые пазы;
• угловые — под фиксированным или регулируемым углом: наклонные отверстия.

Для сверления Sandvik Coromant рекомендует приводные блоки с внутренним подводом СОЖ.

Посадочное место задаёт револьверная головка, поэтому систему выбирают вместе со станком:

Sandvik отмечает, что классические головки под хвостовик и VDI создавались, когда токарные центры только точили и сверлили по оси. Для заметной фрезерной нагрузки выбирайте станок с более жёстким интерфейсом.

Мультизадачные станки с осью B

Следующий уровень — станок, объединяющий токарный и обрабатывающий центр: вместо приводного блока в револьверной головке у него фрезерный шпиндель на поворотной оси B и инструментальный магазин. Что заявляют производители:

• Mazak INTEGREX j — фрезерный шпиндель индексируется по оси B с шагом 5° в диапазоне от −30° до 190°, опционально с шагом 1°; большой ход по X и Y позволяет фрезеровать без индексации по C; модель j-200S — с противошпинделем.
• Mazak INTEGREX i-H — модели с буквой S имеют второй шпиндель, ST — второй шпиндель и нижнюю револьверную головку.
• DMG MORI NTX 3000 — фрезерный шпиндель compactMASTER длиной 350 мм, одновременная 5-осевая обработка с прямым приводом оси B, обработка шести сторон со вторым шпинделем.

Такой станок делает сложную деталь — корпус клапана, вал с наклонными отверстиями и пазами — за одну-две установки. Про принципы многоосевой обработки — в статье «Обработка 3+2 и 5-осевая».

Программирование: G12.1 и G07.1 на Fanuc

Фрезерные элементы на токарном станке без оси Y программируют через интерполяцию с осью C. Две функции Fanuc избавляют от ручного пересчёта в углы.

Полярная интерполяция G12.1 / G13.1 (в таблице G-кодов Fanuc также G112 / G113). Контур задают в прямоугольных координатах плоскости, образованной линейной осью X и виртуальной осью C в миллиметрах; система ЧПУ переводит его в движение по X и поворот шпинделя. По руководству Fanuc:

• G12.1 и G13.1 пишут в отдельных кадрах; в режиме доступны линейная и круговая интерполяция, пауза, коррекция на радиус, макровызовы, подача в минуту и на оборот;
• начало координат детали должно быть на оси вращения, менять систему координат в режиме нельзя;
• включать и выключать режим можно только при отменённой коррекции на радиус (G40);
• подача F — касательная скорость в плоскости интерполяции, мм/мин;
• у центра растёт скорость по C; если она превышает предел, система автоматически снижает подачу. Допустимую подачу оценивают как F < L·R·π/180, где L — наименьшее расстояние от центра инструмента до оси детали, мм, R — предельная подача оси C, град/мин.

(G12.1 structure - not a ready program)
T0101 (live end mill)
(C-axis mode ON - machine-specific M-code)
G00 X_ C0 Z_ (start point outside contour)
G12.1 (polar interpolation ON)
G42 G01 X_ F_ (radius compensation ON inside mode)
C_ (contour in X-C plane)
G03 X_ C_ R_
G40 X_ (radius compensation OFF)
G13.1 (polar interpolation OFF)

Цилиндрическая интерполяция G07.1. Боковую поверхность цилиндра разворачивают на плоскость: угол поворота C система пересчитывает в путь по окружности заданного радиуса, и паз программируют по Z и C, как на плоском чертеже. Формат по руководству Fanuc 0i-TC: G07.1 C r — включение, где r — радиус цилиндра; G07.1 C0 — отмена; кадры включения и отмены — отдельные. Подача — скорость по развёрнутой поверхности. Ограничения: дугу задают только через R (не I, J, K), позиционирование G00 и циклы сверления G81–G89 в режиме недоступны, коррекцию на радиус включают и отменяют внутри режима.

Контуры сложнее пары лысок обычно готовят в CAM, а постпроцессор выводит нужный режим — G12.1, G07.1 или индексирование C. Как устроена эта цепочка, — в статье «CAM и постпроцессор».

Когда полная обработка выгоднее

Полная обработка за одну установку выгодна не всегда. Сравнивают не время резания, а весь маршрут:

Главное преимущество — отсутствие повторного базирования: соосность и позиция фрезерных элементов относительно оси определяются станком, а не точностью переустановки. Ограничение — возможности приводного инструмента в револьверной головке. Mazak прямо позиционирует фрезерный шпиндель INTEGREX j как ответ на слабые места станков с револьверной головкой и сравнивает его с небольшими обрабатывающими центрами: если фрезерования много, смотрите на мультизадачный станок или отдельный фрезерный.

Что написать в заявке

Если деталь — тело вращения с лысками, пазами, поперечными или смещёнными отверстиями, укажите в заявке:

• чертёж с базами и допусками расположения фрезерных элементов относительно оси и торцов — по ним цех поймёт, нужна ли обработка за одну установку;
• 3D-модель в STEP — для программирования в CAM;
• материал и заготовку: марка, пруток какого диаметра допустим, есть ли своя заготовка;
• партию и повторяемость — от этого зависит, выгодно ли настраивать работу от прутка с противошпинделем;
• элементы вне оси детали — отдельно, чтобы цех сразу проверил наличие оси Y;
• резьбы, термообработку, покрытие и что из этого делается до или после фрезерных операций.

Цех ответит, на каком оборудовании делать деталь: на токарном центре, на мультизадачном станке или маршрутом из двух станков. Цена сложится из времени работы станка с учётом его часовой ставки, наладки и программирования, инструмента и материала.