Типы и материалы токарных станков с ЧПУ

• Горизонтальный токарный станок с ЧПУ (2-осевой): обычная конфигурация с горизонтальной станиной и осью шпинделя, параллельной полу. Две оси: X (поперечное перемещение) и Z (продольное перемещение). Диаметр отверстия шпинделя варьируется от 45 мм до 300 мм. Максимальная длина точения варьируется от 300 мм до 3000 мм. Эти токарные станки обрабатывают прутки, детали с патронами и компоненты валов. Типичная мощность шпинделя составляет от 5,5 до 37 кВт.

• Вертикальный токарный станок с ЧПУ (VTL): шпиндель ориентирован вертикально с горизонтальной поверхностью патрона. Гравитация помогает удерживать тяжелые заготовки большого диаметра (диаметром от 500 до 4000 мм). Эти машины предназначены для тормозных барабанов, маховиков и больших колец подшипников. Удаление стружки улучшено по сравнению с горизонтальными токарных станками, поскольку стружка падает непосредственно на конвейер.
• Токарный станок швейцарского типа (подвижная бабка): заготовка перемещается в осевом направлении через направляющую втулку, в то время как инструменты остаются неподвижными. Максимальный диаметр стержня обычно составляет от 20 до 38 мм. Несколько постов инструмента (до 12 станций) работают одновременно над одной деталью. Швейцарские токарные станки производят длинные и тонкие детали, такие как костные винты, зубные имплантаты и электронные разъемы. Время цикла обработки деталей, диаметр которых превышает диаметр более чем в 10 раз, на 30–50 процентов короче, чем на обычных токарных станках.
• Многоосевой токарный центр (от 3 до 7 осей): дополнительные оси включают Y (фрезерование со смещением от центра), C ​​(позиционирование шпинделя) и приводной инструмент. Ход оси Y обычно составляет от 60 до 120 мм. Эти станки выполняют фрезерование, сверление, нарезание резьбы и токарную обработку за один установ. 7-осевой токарный центр может включать в себя два шпинделя и две револьверные головки. Типичное применение — сложные детали, требующие шестиугольных лысок, поперечных отверстий или пазов.
• Двухшпиндельный токарный станок (основной и вспомогательный шпиндель): главный шпиндель выполняет первую операцию. Затем деталь передается на синхронизированный субшпиндель для обратной обработки. Время передачи от 1 до 5 секунд. Такая конфигурация исключает второстепенные операции и сокращает время обработки на 40–60 процентов. Двухшпиндельные токарные станки широко распространены в производстве компонентов автомобильной трансмиссии.
• Токарный станок с автоматическим устройством подачи прутка: Токарный станок интегрирован с системой загрузки прутка, которая подает прутки длиной от 3 до 4 метров. Распространены диаметры прутков от 5 мм до 80 мм. Производственные партии от 1000 до 10 000 деталей могут выполняться без присмотра в течение ночи. Устройство подачи прутка работает по гидравлическому или пневматическому принципу, толкая пруток после каждой обрезки детали.
• Портальная токарная ячейка: портальный робот загружает сырье и выгружает готовые детали в бункеры. Эта конфигурация используется для крупносерийного производства (50 000 деталей в месяц) изделий простой геометрии, например, обойм подшипников или заготовок шкивов. Портал может одновременно обслуживать от двух до четырех токарных станков.
• Токарный станок группы инструментов с ЧПУ: инструменты монтируются на фиксированном блоке (группе пластин), а не на револьверной головке. Ход по оси X небольшой (от 100 до 200 мм). Токарные станки с групповыми инструментами обеспечивают более быструю индексацию, чем револьверные станки (от 0,1 до 0,3 секунды на смену инструмента). Они используются для небольших деталей диаметром менее 50 мм, где время цикла составляет менее 30 секунд.

Материалы, используемые в токарных станках с ЧПУ

Материалы кровати и каркаса

Основание станка поглощает силы резания и вибрацию. На большинстве токарных станков используются такие марки чугуна, как FC300 (JIS) или EN-GJL-300 (ISO). В состав входит от 3,2 до 3,5 процентов углерода, от 1,8 до 2,2 процентов кремния и от 0,6 до 0,9 процентов марганца. Предел прочности составляет не менее 300 МПа. Чугун обеспечивает виброгасящую способность в 5–8 раз большую, чем сталь. Вес чугунной станины для токарного станка длиной 2 метра колеблется от 1500 кг до 2500 кг. В токарных станках высокого класса используются станины из полимербетона (эпоксидного гранита). Полимербетон содержит от 90 до 94 процентов минеральных заполнителей (гранит, кварц, базальт) и от 6 до 10 процентов эпоксидной смолы. Демпфирующая способность в 8–10 раз выше, чем у чугуна. Однако полимербетон стоит на 40–60 процентов дороже, чем чугун, и требует точного отверждения при температуре 40°C в течение 48 часов.

Материалы шпинделя и подшипников

Шпиндель выкован из легированной стали 20CrMo или 40Cr (аналог AISI 4130 или 5140). Кованые шпиндели имеют предел прочности от 800 до 1000 МПа. Торцы шпинделя соответствуют стандартам A2-5, A2-6 или A2-8. Коническая часть (обычно Морзе или HSK) закалена до твердости 58–62 HRC на глубину от 0,8 до 1,2 мм. Подшипники представляют собой радиально-упорные шарикоподшипники или конические роликоподшипники. Материал подшипника — подшипниковая сталь 100Cr6 (AISI 52100) твердостью от 58 до 62 HRC. Для скоростей выше 6000 об/мин используются керамические гибридные подшипники: шарики из нитрида кремния (Si3N4) со стальными дорожками качения. Плотность нитрида кремния составляет 3,2 г/см³ по сравнению с 7,8 г/см³ для стали, что снижает центробежную силу, действующую на шарики, на 60 процентов.

Материалы револьверной головки и инструментального держателя

Корпус башни отлит из ковкого чугуна FCD600 (JIS) или EN-GJS-600-3 (ISO). Ковкий чугун обеспечивает прочность на разрыв 600 МПа при удлинении 3 процента. Держатели инструментов изготовлены из стали 42CrMo4 (AISI 4140), закаленной до твердости 45–50 HRC. Интерфейс инструмента VDI (Verein Deutscher Ingenieure) имеет твердость зажимных поверхностей от 55 до 60 HRC. В приводном инструменте (приводном инструменте) используются закаленные шестерни из 20MnCr5 (аналогично 5120), цементированные до твердости 58–62 HRC. Размер зубчатых модулей варьируется от 1,0 до 2,5 мм, в зависимости от требований к крутящему моменту.

Направляющие и шариковые винты

Линейные направляющие изготовлены из подшипниковой стали 100Cr6 класса точности P5 или P4 (ISO). Твердость рельсов составляет от 58 до 64 HRC. Рециркуляционные шарики изготовлены из нержавеющей стали 440C для устойчивости к коррозии или из керамики (Si3N4) для высокоскоростных применений (более 60 м/мин). В шариковых винтах используется та же сталь с точностью шага ±0,008 мм на 300 мм для класса C5 или ±0,003 мм для класса C3. Шариковые гайки изготовлены из бронзы (CuSn8) или стали, а возвратная часть покрыта ПТФЭ для уменьшения трения. Скорость перемещения ШВП на токарных станках с ЧПУ составляет от 10 м/мин (тяжелое резание) до 40 м/мин (чистовые операции).