Что такое обрабатывающий центр? Виды и особенности.

Обрабатывающий центр — это современный станкок с компьютерным управлением, который можно использовать для выполнения различных операций механической обработки.

Как работает обрабатывающий центр? Каковы его особенности и области применения?

В данной статье представлено подробное руководство по обрабатывающим центрам, их характеристикам, типам, выполняемым операциям и их промышленному применению.

Обрабатывающий центр: объяснение

Обрабатывающий центр — это станок с ЧПУ, который может выполнять различные операции, такие как фрезерование, растачивание и сверление, с высокой точностью и минимальными временными затратами. Он состоит из механизма автоматической смены инструмента, который позволяет использовать несколько режущих инструментов в процессе обработки.

Традиционные станки оснащены револьверными головками или другими механизмами ручной смены инструмента, которые отнимают много времени и утомительны.

Принимая во внимание, что блок автоматической смены инструмента (ATC) позволяет быстро менять режущий инструмент для выполнения нескольких операций обработки, тем самым повышая эффективность производства и сокращая время цикла.

Компоненты обрабатывающего центра

Различные компоненты обрабатывающего центра работают согласованно, чтобы выполнить требуемую операцию обработки.

Область основного шпинделя

Основная часть шпинделя состоит из шпинделя, двигателей, муфт, силовых замков и высокопрочных маслостойких ремней.

Шпиндель играет фундаментальную роль в работе обрабатывающего центра, так как в нем размещаются режущие инструменты и они вращаются с высокой скоростью.

Обрабатывающие центры с системой серводвигателей с прямым соединением содержат двигатель, соединенный с валом шпинделя через муфты, который обеспечивает вращательное движение шпинделя.

Шпиндель непосредственно соединенного двигателя крепится к роторам с помощью силовых замков.

С другой стороны, системы двигателей с непрямой связью используют систему ремней и шкивов для передачи вращательного движения от двигателя к валу шпинделя.

Механизм конусной подачи

Механизм конусной подачи состоит из таких компонентов, как муфты серводвигателя, шарико-винтовые пары и т. д., которые обеспечивают перемещение шпинделя и стола по различным осям.

Эти подкомпоненты имеют долгий срок службы и обеспечивают тихую и плавную работу.

Система автоматической смены инструмента (ATC)

Системы ATC обычно бывают двух типов: барабанного и цепного типа.

ATC барабанного типа, как следует из названия, состоит из магазина инструментов в форме барабана, который используется, когда количество инструментов, необходимых для операции обработки, составляет менее 30.

С другой стороны, ATC цепного типа обычно включает в себя системы цепи и звездочек с силовыми замками, которые обеспечивают автоматическую смену инструмента.

Эти ATC могут содержать более 30 различных инструментов, но скорость смены инструмента у ATC барабанного типа сравнительно выше.

Когда программа ЧПУ запускается и выполняет команду смены инструмента, АТС-манипулятор с приводом от двигателя выбирает нужный инструмент из магазина инструментов, устанавливая его на место, в то время как силовые замки обеспечивают правильную фиксацию нового инструмента на шпинделе.

Журнал инструментов

Инструментальный магазин представляет собой барабанную или цепную систему с приводом от двигателя, в которой размещаются различные инструменты, необходимые для обработки.

Он связан с системой ATC через рычаг ATC, который выбирает необходимый инструмент из магазина инструментов в соответствии с программой ЧПУ.

Система автоматической смены поддонов (APC)

Поддоны представляют собой структурные опоры между обрабатывающим центром и рабочим столом, на котором находится заготовка. Система APC автоматически заменяет их.

Автоматическая смена поддонов значительно повышает скорость перехода к новой заготовке, что делает возможной непрерывную обработку и повышает эффективность производства.

Система APC состоит из редукторов и муфт для серводвигателя, которые уменьшают скорость вращения двигателя в соответствии с требованиями.

Система обработки стружки и охлаждающей жидкости

Эта система в основном состоит из конвейеров для стружки и системы подачи смазочно- охлаждающей жидкости с ЧПУ.

Смазочно-охлаждающая жидкость облегчает удаление стружки и предотвращает нагрев инструмента или заготовки из-за трения.

Конвейеры для стружки состоят из ремня и моторной системы для отвода металлической стружки, образующейся во время резки.

Эта стружка и использованная смазочно-охлаждающая жидкость затем собираются в системе утилизации отходов для надлежащей утилизации.

Детекторы перегрузки и износа

Эти датчики и устройства отслеживают колебания электрической мощности и обнаруживают перегрузки, обычно вызванные слишком большой подачей инструмента или неправильным позиционированием инструмента.

Устройство защиты от перегрузки может помочь избежать повреждения инструмента или появления дефектов в заготовке.

Механизм автоматического управления дверью

В обрабатывающих центрах есть автоматическое управление дверью, в котором используется ремень или система с застежкой-молнией с линейным приводом, который преобразует вращательное движение двигателя в линейное движение двери.

Типы обрабатывающих центров

Обрабатывающие центры классифицируются в зависимости от количества осей, размеров рабочей зоны, положения шпинделя и доступных опций станка.

Горизонтальный обрабатывающий центр

Горизонтальный обрабатывающий центр (HMC) содержит горизонтальный шпиндель, который перемещается вбок, обрабатывая заготовку горизонтально.

Магазин инструментов может хранить от 16 до 100 инструментов одновременно, а устройство автоматической смены паллет (APC) состоит из шести или восьми паллет, каждая из которых заменяет предыдущую для работы с разными заготовками.

HMC обычно состоят из относительно больших инструментов, способных выполнять операции обработки с высокой скоростью съема материала (MRR).

Они могут обрабатывать до 4 поверхностей заготовки без необходимости вручную изменять ориентацию заготовки.

При этом металлическая стружка падает вертикально, что предотвращает ее скопление на поверхности заготовки.

Некоторые HMC имеют дополнительную функцию поворота шпинделя в вертикальное положение, что обеспечивает большую гибкость в операциях обработки. Такие модели относятся к категории универсальных обрабатывающих центров.

Наиболее распространенным применением HMC является массовое производство таких компонентов, как шестерни.

TAICNC является одним из ведущих производителей обрабатывающих центров. Их горизонтальный обрабатывающий центр TC-540W позволяет разместить 16 различных инструментов в системе ATC.

Вертикальный обрабатывающий центр (VMC)

Вертикальный обрабатывающий центр (VMC) содержит вертикально расположенный шпиндель.

VMC также состоят из систем ATC и APC, но с меньшей вместимостью инструментов и поддонов. В результате они занимают относительно меньше места, что делает их более портативными и удобными для домашних мастеров.

Однако из-за положения шпинделя и инструмента на поверхности заготовки скапливается металлическая стружка, которую необходимо смывать с помощью смазки или воздуходувки.

Хотя 3-осевые VMC более распространены, некоторые модели, такие как 4-осевые фрезерные станки с ЧПУ, могут получать доступ к заготовке с четырех сторон без ручного изменения ориентации заготовки.

Tormach PCNC 440 является примером VMC, который можно использовать для операций фрезерования различных материалов.

Наиболее распространенные промышленные применения включают гравировку поверхностей заготовок и обработку пресс-форм.

Универсальный обрабатывающий центр (UMC)

Универсальный обрабатывающий центр (UMC) имеет шпиндель, который можно ориентировать горизонтально или вертикально.

Как правило, универсальный обрабатывающий центр включает в себя 5-осевую систему или выше, что позволяет осуществлять доступ к заготовке с 5 или более разных сторон за один установ.

Например, в 5-осевом UMC режущий инструмент может перемещаться вдоль линейных осей X, Y и Z и вращаться вокруг осей A и B.

Эта особенность делает их идеальными для сложных операций механической обработки для изготовления таких компонентов, как крыльчатки или пресс-формы для шин, с высокой точностью и аккуратностью.

В UMC используются более короткие режущие инструменты с более высокими скоростями и более широким диапазоном ориентации, что сокращает время цикла, повышает эффективность производства и снижает уровень вибрации.

Наконец, UMC представляют собой смесь HMC и VMC.

Особенности обрабатывающего центра

Обрабатывающие центры имеют различные функции, которые имеют важное практическое применение.

Функции	Применение
Высокая точность и прецизионность	Для деталей сложной геометрии
Автоматическая смена инструмента	Крупносерийное/оптовое производство продукции
Вариант с несколькими инструментами	Для нескольких операций обработки за один установ
Удаление стружки	Содержание рабочего стола и заготовки в чистоте
Управление охлаждающей жидкостью	Предотвращение повреждения инструмента или заготовки из-за перегрева
Несколько осей резания/ориентация	Для деталей сложной геометрии
Эргономичный и безопасный	Для простой и понятной обработки
Автоматическая смена паллет	Крупносерийные/оптовые производственные операции

Многоосевая система

Обрабатывающие центры обычно состоят из 3-осевой системы, в которой режущий инструмент перемещается по осям X, Y и Z для доступа к заготовке с трех сторон.

Однако современные обрабатывающие центры с ЧПУ могут состоять из систем с более высокими осями, таких как 5- или 6-осевые системы, что позволяет обрабатывать чрезвычайно сложные геометрические формы с высокой точностью и аккуратностью.

Автоматическая смена инструмента

Автоматическое устройство смены инструмента устраняет необходимость замены инструмента вручную после каждой операции, тем самым сокращая время цикла и делая удобным массовое производство товаров.

Она состоит из магазина инструментов, который содержит несколько инструментов. G-код дает команду станку выполнить операцию смены инструмента и выбрать соответствующий инструмент для процесса.

Удаление стружки и система охлаждения

Удаление стружки обеспечивает чистоту рабочего стола и поверхности заготовки, а система охлаждения предотвращает перегрев, тем самым снижая износ инструмента и предотвращая неточность размеров.

Безопасность и автоматизация (ATC и APC)

Все операции обработки в обрабатывающем центре автоматизированы, включая смену инструмента.

Это устраняет необходимость ручного обращения с инструментами и заготовками, снижает вероятность травм и улучшает условия труда оператора.

Кроме того, устройство автоматической смены поддонов автоматически загружает новую заготовку на станину станка, что делает его идеальным для массового производства.

Применение обрабатывающих центров

Обрабатывающие центры имеют широкое промышленное применение, обычно используются в энергетике, автомобилестроении, аэрокосмической и морской промышленности.

Изготовление штампов и пресс-форм

Обрабатывающие центры используются для изготовления штампов и пресс-форм, в основном посредством процессов сверления и фрезерования.

Эти штампы и формы затем используются для производства таких компонентов, как автомобильные двигатели, детали из листового металла для самолетов, другие детали из стекла и резины и т. д.

Сложные компоненты

Благодаря способности производить сложные детали с высокой точностью, обрабатывающие центры используются для изготовления очень сложных деталей, таких как рамы крыльев, рабочие колеса, пропеллеры, радиаторы и т. д.

Крупносерийное производство

Автоматизированный характер обрабатывающих центров обеспечивает высокую повторяемость изделий, что делает их идеальными для массового производства идентичных компонентов, таких как цилиндрические зубчатые колеса.

Технологические достижения привели к разработке 9-осевых обрабатывающих центров, которые сочетают в себе функциональность токарного станка с ЧПУ и фрезерного станка с ЧПУ, что делает их очень универсальными и быстрыми.

Сколько стоит обрабатывающий центр?

Тип обрабатывающего центра	Диапазон стоимости
Начальный уровень производства VMC	50 000–150 000 долларов США
Профессиональный 3-осевой VMC	150 000–400 000 долларов США
5-осевой фрезерный станок	Выше 300 000 долларов США
Производство начального уровня HMC	25 000–250 000 долларов США
Профессиональный HMC	$300 000 — $500 000
Многошпиндельный/многоосевой токарный станок	Выше 500 000 долларов США

Стоимость обрабатывающего центра зависит от различных факторов, таких как размер, жесткость, скорость, мощность, функциональность, торговая марка и аксессуары, поставляемые с ним.

Как правило, обрабатывающий центр, обеспечивающий большую рабочую зону, сравнительно дороже, чем его меньший аналог, и даже незначительное увеличение рабочей зоны резко влияет на стоимость станка.

Помимо размера, большую роль в стоимости играет жесткость машины. Обрабатывающий центр с жесткой конструкцией может обеспечить большую силу резания, что делает его идеальным для обработки различных материалов.

Точно так же скорость и мощность обрабатывающего центра влияют на его способность выполнять чистую резку с минимальным временем цикла и, следовательно, напрямую влияют на его производительность.

Функциональность является одним из наиболее важных факторов в машинах промышленного класса.

Обрабатывающий центр с ЧПУ с многоосевой (5 или 6-осевой) системой считается универсальным обрабатывающим центром, способным выполнять практически любые операции.

С увеличением количества осей стоимость обрабатывающего центра также увеличивается.

Бренд играет важную роль с точки зрения качества продукции и послепродажного обслуживания. Как правило, более дешевые бренды предлагают аналогичные машины по более низкой цене за счет снижения качества.

Однако обрабатывающие центры популярных брендов, таких как Haas, TAICNC, Tormac и т. д., могут быть сравнительно дороже, чем китайские бренды, но они предлагают надежный сервис и отличное качество.

Кроме того, аксессуары, поставляемые с машиной, также влияют на стоимость машины. Некоторые из популярных аксессуаров для обрабатывающих центров включают системы охлаждения, автоматическую смену инструмента, конвейер для стружки и т. д.

Последние мысли

Обрабатывающие центры — это мощные промышленные инструменты различных типов, каждый из которых обладает уникальными характеристиками.

Автоматическая смена инструмента (ATC) и автоматическая смена поддонов (APC) делают обрабатывающие центры идеальными для крупномасштабных операций, когда аналогичные операции должны выполняться на нескольких заготовках.

Современные обрабатывающие центры доступны в 6-осевой конфигурации, что позволяет перемещать режущий инструмент из горизонтальной конфигурации в вертикальную, совмещая функциональность двух станков в одном.

Это повышает эффективность производства, сокращает время цикла и упрощает выполнение различных операций обработки на одном станке.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Какой язык программирования используют обрабатывающие центры с ЧПУ?

G-код — один из самых популярных языков программирования для станков с ЧПУ.

Каковы общие проблемы, возникающие в обрабатывающих центрах с ЧПУ?

Нагрев инструмента и заготовки, нежелательные вибрации, ошибки программирования, неправильные настройки инструмента и утилизация твердых отходов — вот некоторые распространенные проблемы, с которыми сталкиваются обрабатывающие центры с ЧПУ.

Что такое оси А и В в универсальных обрабатывающих центрах?

Ось A — это ось вращения вокруг оси X, а ось B — это ось вращения вокруг оси Y.