Оси токарного станка
Оси токарного станка различаются от традиционного 2-осевого варианта до дорогих 6-осевых станков с ЧПУ. Гибкость токарного станка для выполнения операций зависит от количества осей станка.
Современные токарные станки с ЧПУ имеют многоосевые системы, которые позволяют обрабатывать сложные геометрические формы с коротким временем цикла.
В этой статье представлено подробное графическое руководство по системе осей токарных станков.
Система осей в традиционном токарном станке
Система координат ручного токарного станка обычно включает 2 оси: X для перемещения инструмента вперед-назад (вбок) и Z для движения влево-вправо (в осевом направлении). Однако современные токарные станки с ЧПУ могут обладать до 6 осями: X, Y, Z для линейного движения и A, B, C для вращения.
Стандартный токарный станок включает патрон и узел шпинделя, где заготовка крепится и вращается на высоких скоростях.
Инструмент крепится на стойке, которая перемещается по осям X и Z для выполнения операций обработки.
Двухосевой токарный станок может выполнять множество операций, включая торцовку, точение, создание конусов, нарезку резьбы, растачивание, сверление и другие.
Хотя двухосевые станки способны выполнить практически все операции, токарные станки с дополнительными осями обеспечивают более высокую точность и скорость при выполнении аналогичных задач.
Различные оси, используемые в токарных станках с ЧПУ
| Ось | Функция |
|---|---|
| ось X | Глубина резания (спереди/сзади заготовки) |
| ось Z | Осевое перемещение режущего инструмента (влево/вправо) |
| ось Y | Перпендикулярно X и Z (движение вверх/вниз) |
| ось А | Вращение вокруг оси X |
| ось B | Вращение вокруг оси Y |
| ось C | Вращение вокруг оси Z |
| ось U | Параллельно оси X (увеличение/уменьшение в направлении X) |
| ось V | Параллельно оси Y (увеличение/уменьшение в направлении Y) |
| ось W | Параллельно оси Z (увеличение/уменьшение в направлении Z) |
Токарные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) – это эволюция обычных токарных станков, где компьютерная система регулирует подачу и скорость обработки.
Работа на таких станках требует навыков в дизайне для подготовки проекта и программ ЧПУ, которые переводят его в G-коды или TPL.
G-коды указывают системе контроллера движение вдоль нужной оси.
Современные системы ЧПУ включают 9 осей: 3 линейные (X, Y, Z), 3 вращательные и 3 инкрементные.
Линейные оси (X, Y, Z) направляют движение режущего инструмента по вертикали, горизонтали и глубине.
Они дают станку 3 степени свободы в плоскости XYZ.
Базовый токарный станок с ЧПУ использует 2 оси (X и Z), подобно обычному, и может автоматизировать основные операции.
Оси вращения (A, B, C) позволяют вращать заготовку или инструмент вдоль осей X, Y и Z.
Ось A соответствует оси X, ось B — оси Y, а ось C связана с осью Z.
Они добавляют возможность поворота инструмента на 180° в соответствующих плоскостях, расширяя степень свободы на станке с ЧПУ.
Токарный станок с ЧПУ, имеющий вращение инструмента вокруг этих осей, способен создавать сложные формы с большей точностью и меньшим временем цикла.
Инкрементные оси (U, V, W) используются для упрощения программирования ЧПУ.
Они не добавляют дополнительных степеней свободы, а скорее используются для учета приращений при позиционировании инструмента по осям X, Y и Z.
Многоосевые токарные станки с ЧПУ
В дополнение к стандартным 2-осевым токарным станкам, которые оперируют системами XY и UZ, на сегодняшний день существуют разнообразные современные токарные станки с ЧПУ, оснащенные 3, 4, 5 и даже 6 осями.
Эти станки предназначены для выполнения сложных операций обработки с механической точностью и минимальным временем цикла.
3-осевой токарный станок с ЧПУ
3-осевой токарный станок с ЧПУ обладает возможностью перемещения режущего инструмента вдоль стандартных осей X и Z, а также по дополнительной оси Y. Это дополнительное движение значительно расширяет функциональность станка, позволяя системе ЧПУ точно позиционировать инструмент в трехмерной плоскости XYZ.
Хотя большинство качественных токарных станков с ЧПУ для обработки металла обычно имеют 2 или 3 оси, 3-осевая конфигурация является распространенным и эффективным решением.
Применение 3-осевого токарного станка позволяет более эффективно работать с криволинейными и контурными деталями. Кроме того, такие станки могут быть оснащены системами автоматической смены инструмента, что дополнительно повышает скорость обработки и общую производительность.
4-осевой токарный станок с ЧПУ
Четырехосевой токарный станок с ЧПУ обладает основными осями X, Y и Z, а также дополнительной осью вращения C.
Этот тип станка способен выполнять разнообразные операции и поддерживает автоматическую смену инструмента.
Обычно при использовании вращающегося инструмента (ось C) заготовка остается неподвижной, а сам инструмент вращается, удаляя материал. Это превращает 4-осевой токарный станок с ЧПУ в своеобразную комбинацию токарного и фрезерно-сверлильного станка, что расширяет его функциональные возможности и область применения.
Применение 4-осевого токарного станка
Вращательная ось C значительно расширяет функциональные возможности токарного станка с ЧПУ, позволяя ему выполнять фрезерные и сверлильные операции на заготовке.
Этот вид токарного станка также часто называется многозадачным или гибридным, так как он способен выполнять операции как токарного, так и фрезерного станков.
Инструмент с высокой скоростью вращения может быть размещен в любом месте плоскости XYZ, чтобы удалить материал из нужного положения.
4-осевые токарные станки с ЧПУ могут осуществлять как резьбу, так и фрезерование боковой части заготовки, а также выполнять гравировку на криволинейных поверхностях. Такие станки могут быть использованы для изготовления зубчатых колес и других сложных деталей.
Таким образом, внедрение вращательной оси С значительно повышает производительность токарного станка с ЧПУ, расширяя его возможности и скорость работы.
5-осевой токарный станок с ЧПУ
Пятиосевой токарный станок с ЧПУ предоставляет три линейных и два вращательных движения, обеспечивая более гибкие возможности обработки.
Обычно такие станки оснащены системой осей XYZAC или XYZBC, что позволяет обрабатывать заготовку с пяти разных сторон.
Их высокая точность и способность выполнять практически любую сложную форму делают эти машины весьма эффективными при обработке деталей с коротким временем цикла.
Применение 5-осевого токарного станка
Благодаря возможности управления инструментом и доступу к заготовке с пяти различных осей, этот станок способен выполнять практически все операции фрезерования и токарной обработки на одном оборудовании.
Он идеально подходит для производства сложных компонентов, которые в ином случае требовали бы частой переориентации заготовки, если бы их выполняли на токарном станке с тремя или четырьмя осями.
6-осевой токарный станок с ЧПУ
6-осевые токарные станки с ЧПУ представляют собой высокотехнологичное оборудование, способное выполнять практически любые операции механической обработки.
Их способность обеспечивать доступ к заготовке с шести сторон позволяет создавать сложные формы без необходимости переориентации заготовки, что делает их идеальным выбором для производства компонентов высокой сложности.
Хотя 6-осевые токарные станки не так распространены, как их пятиосевые аналоги, они встречаются в производствах, работающих над сложными проектами, такими как исследования в области космоса и медицины.
Эти универсальные станки могут выполнять широкий спектр операций, включая токарную, фрезерную и сверлильную обработку.
Однако программирование процесса обработки с ЧПУ на 6-осевом станке является сложной задачей и требует высокой квалификации оператора.
Для лучшего понимания различных движений 6-осевого токарного станка с ЧПУ можно посмотреть видео ниже.
UVW против системы осей XYZ в токарном станке
Позиционная система координат определяет конкретное местоположение инструмента или заготовки относительно начальной точки координат, обычно установленной в углу станка. Эти координаты указывают точное положение инструмента в пространстве и используются для точного позиционирования при выполнении операций обработки.
С другой стороны, инкрементная система координат определяет движение относительно текущего положения инструмента. Вместо указания абсолютных координат она указывает на изменение координаты относительно текущего положения. Это позволяет осуществлять относительное перемещение инструмента, что удобно при выполнении серии последовательных операций обработки.
Системы осей UVW и XYZ используются для определения направлений движения инструмента в пространстве. В системе XYZ оси указывают направления вдоль трех перпендикулярных осей (X, Y и Z), где X обозначает горизонтальное движение, Y — вертикальное, а Z — ось, параллельная оси вращения станка. Система UVW обычно используется вместе с инкрементной системой координат и предназначена для указания относительных движений инструмента вдоль осей, перпендикулярных основным осям XYZ.
Таким образом, понимание разницы между системами координат и их применение в программировании ЧПУ помогает точно определять положение и движение инструмента для выполнения требуемых операций обработки.
Позиционные координаты и инкрементальные координаты
Позиционные координаты определяют положение режущего инструмента относительно опорной точки или точки отправления.
Следует отметить, что инкрементальные координаты регулируют положение режущего инструмента относительно его текущего местоположения.
Для наглядности рассмотрим пример, где мы используем позиционные координаты для выполнения следующей задачи.
В этом коде G90 включает режим позиционных координат, а G21 устанавливает миллиметры в качестве единиц измерения.
Следующая строка, S450 M04, устанавливает скорость резания и направление вращения инструмента.
Команда «G00 X20.0 Y20.0» указывает на быстрое перемещение инструмента в точку «A», где координаты X и Y равны 20.
Затем мы задаем станку сохранять координаты оси Y постоянными и перемещаем режущий инструмент в точку «B», где координата X от базовой точки составляет 40.
Точно так же мы перемещаем режущий инструмент в точку «C», где координата X от базовой точки равна 60.
Завершаем процесс, останавливая шпиндель и возвращая его в исходную точку «O».
Мы также можем выполнить ту же задачу, используя инкрементные координаты.
В первой строке команда G91 включает режим инкрементальных координат, а G21 устанавливает миллиметры в качестве единиц измерения.
Следующая строка, S600 M03, устанавливает скорость резания и направление вращения.
Затем G-код G00 X20.0 Y20.0 позиционирует инструмент в точке, где координаты X и Y равны 20 (положение «A»).
В отличие от абсолютного режима здесь мы перемещаем инструмент в точку «B», добавляя 20 единиц к текущей координате X.
Точно так же мы перемещаем инструмент в точку «C», добавляя еще 20 единиц к текущей координате (B).
Важно отметить, что абсолютное и инкрементальное программирование являются модальными.
Это означает, что они остаются активными до тех пор, пока вы не запрограммируете другой режим.
Поэтому в следующей строке мы используем команду G90 для включения позиционной системы координат и завершаем процесс, останавливая шпиндель и возвращая его в исходную точку.
Система координат UVW и XYZ
Система координат UVW действует аналогично инкрементному режиму, но обеспечивает гибкость использования и позволяет комбинировать позиционное и инкрементное программирование.
Это упрощает процесс программирования и экономит время, так как не требуется сложных математических расчетов для позиционирования инструмента относительно начальной точки.
Обычно для программирования токарного процесса на двухосевом станке с ЧПУ используются координаты XZ и UW.
Программирование с использованием координат UW известно как инкрементное, в то время как программирование с координатами XZ называется абсолютным.
Это можно проиллюстрировать на примере токарного станка с ЧПУ, который выполняет операцию токарной обработки и создает пазы на поверхности цилиндрической заготовки.
Для этой операции позиционирование инструмента может быть достигнуто с использованием как инкрементной (U, W), так и позиционной (X, Z) систем осей.
Координата X42 поместит режущий инструмент в угол передней кромки (A) заготовки.
Далее, для достижения точки B, мы можем использовать координаты Z-60, U-2 для выполнения операции поворота.
Затем, с помощью U-15 и W-10, выполним токарную операцию и создадим необходимую канавку на поверхности заготовки.
Аналогично, с координатами Z-80, U10 мы переместим инструмент в точку C. Затем, используя U-10, W-10, сделаем вторую канавку на заготовке. Завершим процесс, переместив инструмент в точку D с координатами Z-150, U15.
Использование комбинации систем осей XZ и UW упрощает процесс и экономит время, не требуя вычисления абсолютных координат для каждого позиционного изменения в процессе обработки.
Часто задаваемых вопросов о системах осей токарных станков и соответствующие ответы:
- Сколько осей обычно есть у токарного станка?
Обычно токарные станки имеют две оси: ось X для перемещения инструмента вперед и назад, а также ось Z для перемещения инструмента влево и вправо. Однако существуют и более сложные станки с ЧПУ, которые могут иметь от трех до шести осей. - Что такое оси вращения на токарном станке?
Оси вращения позволяют вращать заготовку или режущий инструмент вокруг определенной оси. На токарных станках оси вращения обычно обозначаются буквами A, B и C, соответствующими осям X, Y и Z соответственно. - Для чего используются инкрементные оси на токарных станках?
Инкрементные оси используются для обеспечения удобства программирования и выполнения сложных операций. Они позволяют управлять перемещениями инструмента относительно его текущего положения. - Какие преимущества предоставляют 5-осевые и 6-осевые токарные станки?
Токарные станки с пятью или шестью осями предоставляют больше гибкости при обработке заготовок, позволяя достичь сложных геометрических форм. Эти станки могут работать с заготовками с разных сторон, что значительно повышает производительность и точность обработки. - Каково различие между позиционными и инкрементными координатами на токарном станке?
Позиционные координаты указывают точное местоположение инструмента относительно базовой точки, в то время как инкрементные координаты задают приращение от текущего положения инструмента. Это позволяет более гибко управлять движениями инструмента в процессе обработки. - Какой станок лучше выбрать: с двумя осями или с ЧПУ?
Выбор зависит от потребностей производства и сложности обрабатываемых заготовок. Если требуется выполнение простых операций, то стандартный токарный станок с двумя осями может быть достаточным. Однако для выполнения сложных операций или обработки нестандартных заготовок целесообразно использовать станок с ЧПУ.
