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 осей ручного токарного станка обычно состоит из 2 осей, по которым инструмент перемещается вперед-назад по оси X (вбок) и влево-вправо по оси Z (в осевом направлении). Однако современные токарные станки с ЧПУ могут иметь до 6 осей, где X, Y и Z — линейные оси, а A, B и C — соответствующие оси вращения.
Типичный токарный станок состоит из патрона и узла шпинделя, который удерживает заготовку и вращает ее на высоких оборотах.
Инструмент фиксируется на стойке инструмента, которая перемещается по осям X и Z для выполнения требуемой операции обработки.
Двухосевой токарный станок может выполнять такие операции, как торцовка, точение, конусность, накатка, нарезание резьбы, растачивание, сверление и т. д.
Хотя двухкоординатные токарные станки могут выполнять почти все токарные операции, токарные станки с большим количеством осей могут выполнять аналогичные задачи с большей точностью и за меньшее время.
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) представляют собой усовершенствованную версию традиционных токарных станков, в которых компьютерная система управляет различными подачами и скоростями обработки.
Работа на этих станках с ЧПУ требует хороших дизайнерских навыков для подготовки проекта и программного обеспечения ЧПУ, которое преобразует проект в соответствующие G-коды или TPL.
Эти G-коды передают информацию в систему контроллера и сообщают движение вдоль желаемой оси.
В передовых системах ЧПУ задействовано в общей сложности 9 осей, включая три линейные оси, три оси вращения и три инкрементные оси.
Линейные оси
Линейные оси состоят из основных осей X, Y и Z, которые направляют движение режущего инструмента по вертикали, горизонтали и глубине заготовки соответственно.
Оси X, Y и Z обеспечивают станку с ЧПУ 3 степени свободы, что означает, что инструмент может свободно перемещаться в плоскости XYZ.
Базовый токарный станок с ЧПУ использует 2-осевую систему (оси X и Z), аналогичную традиционному токарному станку, и может использоваться для автоматизации основных операций токарного станка.
Оси вращения
Оси вращения позволяют вращать заготовку или режущий инструмент вдоль осей X, Y или Z, и эти оси называются осью A, B и C соответственно.
Ось A — это ось вращения, соответствующая оси X.
Ось B — это ось вращения, соответствующая оси Y.
Ось C связана с вращением вокруг оси Z.
Эти оси обычно обеспечивают поворот инструмента на 180° в соответствующих плоскостях и увеличивают степень свободы, доступную на станке с ЧПУ.
Токарный станок с ЧПУ с гибкостью вращения инструмента вокруг этих осей может производить сложные геометрические формы с более высокой точностью и меньшим временем цикла.
Инкрементальные оси
Система инкрементных осей состоит из осей U, V и W, которые используются для упрощения программирования ЧПУ.
В отличие от других осей, инкрементная ось не дает станку никаких дополнительных степеней свободы.
Это второстепенные оси, которые считаются параллельными линейной системе осей X, Y и Z.
Оси U, V и W используются для обеспечения приращений при позиционировании инструмента по осям X, Y и Z соответственно.
Многоосевые токарные станки с ЧПУ
Помимо традиционных 2-осевых токарных станков, которые используют системы осей XY и UZ, существуют различные современные токарные станки с ЧПУ, которые могут иметь 3, 4, 5 и даже 6-осевые системы.
Эти станки используются для выполнения сложных операций механической обработки с коротким временем цикла и высокой точностью.
3-осевой токарный станок с ЧПУ
3-осевой токарный станок с ЧПУ состоит из режущего инструмента, который может перемещаться по обычным осям X и Z с дополнительным перемещением по оси Y.
Это увеличивает степень свободы станка и позволяет системе ЧПУ позиционировать инструмент в плоскости XYZ.
Как правило, большинство хороших токарных станков с ЧПУ для металлообработки состоят из 2-х или 3-х осевой системы.
Применение 3-осевого токарного станка
Добавление оси Y обеспечивает дополнительное перемещение режущего инструмента, тем самым облегчая обработку кривых и контуров.
Этот тип 3-осевого токарного станка также позволяет интегрировать устройство автоматической смены инструмента со станком с ЧПУ.
Стойка инструмента перемещается в плоскости XYZ и позиционируется для автоматической смены инструмента, что способствует более быстрой обработке и повышает производительность.
4-осевой токарный станок с ЧПУ
Четырехосевой токарный станок с ЧПУ состоит из осей X, Y и Z, а также оси вращения C.
Этот тип токарного станка может выполнять универсальные операции и поддерживает автоматическую смену инструмента.
Как правило, при использовании вращающегося инструмента (ось C) заготовка остается неподвижной, а вращающийся инструмент удаляет материал, тем самым превращая 4-осевой токарный станок с ЧПУ в фрезерно-сверлильный станок.
Применение 4-осевого токарного станка
Вращательная ось С расширяет функциональные возможности станка и позволяет ему выполнять фрезерные и сверлильные операции на заготовке.
Этот тип токарного станка с ЧПУ также известен как многозадачный токарный станок или гибридный токарный станок, поскольку он может выполнять операции токарного и фрезерного станка.
Инструмент с высокой скоростью вращения можно расположить в любом месте в плоскости XYZ, чтобы удалить материал из нужного положения.
4-осевые токарные станки с ЧПУ могут резать и фрезеровать боковую часть заготовки, а также выполнять гравировку на криволинейных поверхностях. Эти токарные станки можно использовать для изготовления зубчатых колес.
Следовательно, он повышает производительность за счет увеличения скорости и функциональности токарного станка с ЧПУ.
5-осевой токарный станок с ЧПУ
5-осевой токарный станок с ЧПУ может выполнять 3 линейных движения и любые два из трех вращательных движений.
Как правило, эти станки состоят из системы осей XYZAC или XYZBC и могут осуществлять доступ к заготовке для обработки с 5 разных сторон.
Эти машины чрезвычайно точны и могут производить практически любую сложную форму с коротким временем цикла.
Применение 5-осевого токарного станка
Возможность управления инструментом и доступ к заготовке с 5 различных осей позволяет выполнять почти все операции фрезерования и токарной обработки на одном станке.
Он лучше всего подходит для производства сложных компонентов, которые в противном случае потребовали бы частой переориентации заготовки, если бы они выполнялись на 3-х или 4-х осевом токарном станке.
6-осевой токарный станок с ЧПУ
6-осевые токарные станки с ЧПУ представляют собой сложные станки, способные выполнять практически любые операции механической обработки.
Эти станки могут осуществлять доступ к заготовке с 6 сторон, что позволяет изготавливать любую сложную форму без необходимости остановки процесса для переориентации заготовки.
6-осевые токарные станки встречаются редко, потому что 5-осевой токарный станок с ЧПУ может удовлетворить все производственные потребности с высокой точностью и скоростью цикла.
Тем не менее, эти машины можно найти в чрезвычайно сложных производственных подразделениях, которые работают над проектами по исследованию космоса и медицине.
6-осевой токарный станок с ЧПУ — это универсальный станок, который может выполнять операции токарного, фрезерного, сверлильного станка и т. д.
Программирование процесса 6-осевой обработки с ЧПУ является чрезвычайно сложной задачей и требует чрезвычайно квалифицированного оператора для разработки процесса.
Для лучшего понимания различные движения 6-осевого токарного станка с ЧПУ можно визуализировать на видео ниже.
UVW против системы осей XYZ в токарном станке
Программирование токарного станка с ЧПУ включает в себя позиционирование инструмента с помощью G-кодов.
Эти G-коды определяют координаты в плоскости XYZ для точного позиционирования инструмента, тем самым выполняя желаемое действие обработки.
Позиционирование инструмента на рабочем месте может осуществляться по позиционным координатам или по инкрементной системе координат.
Чтобы понять разницу между системами осей UVW и XYZ, нам сначала нужно понять разницу между позиционными и инкрементными координатами.
Позиционные координаты и инкрементальные координаты
Позиционные координаты размещают режущий инструмент относительно базовой точки или исходной точки.
Принимая во внимание, что инкрементальные координаты позиционируют режущий инструмент относительно его текущего положения.
Например, давайте рассмотрим пример ниже, где мы используем позиционные координаты для выполнения следующей задачи.
Здесь G90 активирует систему позиционных координат, а G21 устанавливает единицы измерения в миллиметры.
Следующая строка, S450 M04, устанавливает скорость резания и направление вращения инструмента.
Команда «G00 X20.0 Y20.0» указывает на быстрое перемещение инструмента в положение «A», где координаты X и Y равны 20.
Затем мы указываем станку сохранять координаты оси Y постоянными и перемещаем режущий инструмент в положение «B», где координата X по отношению к базовой точке равна 40.
Точно так же мы перемещаем режущий инструмент в положение «C», где координата оси X относительно базовой точки равна 60.
Затем мы завершаем процесс, останавливая шпиндель и вызывая его в исходную точку «О».
Точно так же мы можем выполнить ту же задачу, используя инкрементные координаты.
В первой строке G91 активирует инкрементальный режим, а G21 устанавливает единицы измерения в миллиметры.
Следующая строка, S600 M03, устанавливает скорость резания и направление вращения.
Затем G-код, G00 X20.0 Y20.0, позиционирует инструмент, где координаты X и Y равны 20 (позиция «A»).
В отличие от позиционного режима, здесь мы перемещаем инструмент в положение «B», задавая приращение в 20 единиц в направлении X.
Точно так же мы перемещаем инструмент в положение «C», давая приращение еще на 20 единиц по отношению к его текущему положению (B).
Следует отметить, что абсолютное и инкрементальное программирование носят модальный характер.
Это означает, что они остаются активными, пока вы не запрограммируете запуск другого.
Поэтому в следующей строке мы используем команду G90 для активации позиционной системы координат и завершаем процесс, останавливая шпиндель и вызывая его в исходную точку.
Система координат UVW и XYZ
Система координат UVW работает аналогично инкрементальному режиму, но дает преимущество использования комбинации позиционной и инкрементной систем координат.
Это упрощает программирование и экономит время, устраняя необходимость выполнения сложных арифметических вычислений для позиционирования инструмента относительно исходной точки.
Как правило, двухосевой токарный станок с ЧПУ использует координаты XZ и UW для программирования процесса обработки.
Программирование с использованием координат UW называется инкрементным программированием, тогда как программирование с использованием координат XZ называется абсолютным программированием.
Это можно понять, рассмотрев пример токарного станка с ЧПУ, выполняющего токарную операцию и делающего 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.
Затем мы можем использовать координаты Z-60, U-2, чтобы выполнить операцию поворота и достичь точки B.
Вслед за U-15. W-10 для выполнения токарной операции и создания нужной канавки на поверхности заготовки.
Точно так же мы можем использовать Z-80, U10, чтобы расположить инструмент в точке C, затем U-10, W-10, чтобы сделать вторую канавку на заготовке, а затем Z-150, U15, чтобы выполнить токарную операцию и достичь точки D..
Таким образом, использование комбинации систем осей XZ и UW упрощает процесс и экономит время на вычисление абсолютных координат для каждого позиционного приращения в процессе обработки.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Что такое степень свободы (DOF)?
Степень свободы (DOF) определяет максимальное количество независимых движений, которые может выполнять машина. Как правило, степень свободы машины равна количеству осей, по которым она может перемещаться.
Какое максимальное количество осей может иметь ЧПУ?
Типичный станок с ЧПУ может иметь максимум 6-осевую систему. Однако некоторые станки с ЧПУ состоят из 2 головок с индивидуальной 6-осевой системой на каждой. Поэтому его можно условно назвать 12-осевым станком с ЧПУ.
Что такое швейцарский токарный станок?
Швейцарский токарный станок — это сложный токарный станок с 5 или более осевой системой. Этот станок может выполнять различные операции за один раз, без необходимости останавливать операцию для смены инструмента.
Такие токарные станки могут выполнять такие операции, как токарная обработка, нарезание резьбы, фрезерование, сверление, расточка, накатка и т. д. на очень маленьких заготовках, которые обычно используются в часовой промышленности.
