Сверлильный мини-станок: классификация и обзор

Сверлильные станки с ЧПУ, в отличие от обычных моделей, управляются посредством специальной программы, которая содержит все параметры выполняемой обработки. При помощи станков данного типа можно обрабатывать детали фланцевого, корпусного и плоскостного типа, используя для этого режущий инструмент различного назначения (сверла, развертки, зенкеры и прочее). На большинстве станков, оснащенных системой ЧПУ, можно с высокой точностью выполнять весь комплекс сверлильно-фрезерных операций с заготовками различной формы.

Современный сверлильный станок с ЧПУ BHX-050 WEEKE, способный выполнять вертикальные и горизонтальные отверстия, а также выбирать пазы и производить легкие фрезерные работы

Разновидности сверлильных станков с ЧПУ

На современном рынке представлен обширный ассортимент сверлильных станков с системой ЧПУ. Так, для приобретения в соответствии с потребностями конкретного производства сегодня доступны:

  • станки с ЧПУ вертикально- и горизонтально-сверлильной группы;
  • оборудование с одной шпиндельной головкой или их набором;
  • аппараты, на которых инструмент сменяется вручную, применяются револьверные головки или специальные инструментальные магазины;
  • многооперационный сверлильно-фрезерный станок с ЧПУ, эффективно используемый для комплексной обработки заготовок, отличающихся даже сложной конфигурацией.

Рабочие насадки многоцелевого станка EASY W, размещаемые в магазине карусельного типа

Станками, послужившими основой для создания 1-го поколения оборудования с ЧПУ, стали модели 2Н118, 2Н135, а также станок радиально-сверлильной группы 2Н55. Изначально автоматизация сверлильных станков происходила за счет установки координатных столов, позволявших автоматически располагать заготовку относительно режущего инструмента по двум координатам. На таких сверлильных станках была реализована технология обработки в полуавтоматическом режиме, параметры которой задавались при помощи штекерной панели или кулачковых механизмов (глубина обработки заготовки), сменой режимов работы режущего инструмента.

Координатно-сверлильный станок с ЧПУ модели 2550ОС1000МФ4, выпускавшийся в 80-ые года прошлого века

Это поколение автоматизированных сверлильных станков не устраивало производителей своими технологическими возможностями, поэтому появилось 2-е поколение такого оборудования, базой для которого послужили модели 2Р118Ф2, 2Р135Ф2 и др. В усовершенствованных станках автоматизировано не только передвижение рабочего стола, но и подача инструмента. Производительность таких станков повышает и то, что в их оснащении используется автоматическая револьверная головка, в которой могут одновременно фиксироваться 6 режущих инструментов.

Вертикально-сверлильный станок модели 2Р135Ф2 с револьверной головкой и системой ЧПУ SIEMENS Sinumerik

Сверлильные станки, оснащенные системой ЧПУ, в полтора – два раза производительнее оборудования, управляемого в ручном режиме, а модели, в которых смена инструмента происходит автоматически, – в три – четыре раза.

Преимущества сверлильных аппаратов с числовым программным управлением

Благодаря универсальности, которой обладают сверлильные станки, оснащенные системой ЧПУ, их можно причислить к той же категории, к которой относится расточное, а также координатно-расточное и бесконсольно-фрезерное оборудование с вертикальной компоновкой рабочей головки. Поскольку такие станки необходимы для выполнения различных технологических операций, их конструкция выполняется с более высокой жесткостью, а также точностью компоновки всех составных элементов. В большинстве станков, относящихся к данной категории, точность позиционирования подвижных элементов конструкции составляет ±0,025–0,05 мм.

На менее универсальных моделях сверлильных станков с ЧПУ используют позиционные системы управления, а на оборудовании, которое служит для выполнения не только сверлильных, но и фрезерных технологических операций, применяют системы управления комбинированного типа – позиционные и прямоугольные. Оборудование с ЧПУ, относящееся к вертикально-сверлильной категории, оснащают рабочим столом крестового типа.

Производители сегодня представляют сверлильное оборудование с ЧПУ нескольких категорий:

  • аппараты вертикально-сверлильного типа с одной несущей колонной и крестовым столом (на станках данного типа можно получать отверстия диаметром 18–50 мм (2Н135Ф2));
  • одностоечные сверлильные станки вертикального типа, оснащенные крестовым столом и револьверной рабочей головкой (2Р135Ф2);
  • станки вертикальной компоновки с крестовым столом и инструментальным магазином;
  • сверлильные станки портального типа, выпускаемые во всех вышеуказанных модификациях (2306ПФ2) (на станках данного типа можно формировать отверстия, диаметр которых доходит до 60 мм; к данной категории относятся и координатно-сверлильные станки).

Сверлильно-фрезерный центр с ЧПУ Morbidelli, предназначенный для мебельного производства и объединяющий в себе два сверлильных агрегата

Отдельную категорию составляют присадочные сверлильные станки, оснащенные ЧПУ, которые используются для производства мебели.

Особенности конструкции сверлильных станков с ЧПУ

Для плавного и точного перемещения координатных столов, которыми оснащают сверлильное оборудование с программным управлением, их монтируют на опоры качения, а их движение в двух направлениях по горизонтали обеспечивается за счет соединения «винт – гайка качения». Конструкция привода таких столов включает в себя шаговый электродвигатель и гидроусилитель.

Основные части вертикально-сверлильного станка с ЧПУ

Кинематическая схема главного привода сверлильного оборудования с ЧПУ выполняется на базе одно- или двухскоростного электрического двигателя и коробки переключения скоростей вращения шпиндельного узла.

Кинематика вертикально-сверлильного станка на примере модели 2Р135Ф2

Управление вертикальным перемещением рабочей головки (ось Z) может быть реализовано по нескольким схемам:

  • за счет использования упоров и микропереключателей;
  • при помощи набора программ на специальной штекерной панели;
  • набором программ на перфоленте.

Панель управления системы ЧПУ Heidenhain iTNC высокоточного сверлильно-фрезерного станка

Для расширения функциональности сверлильного оборудования с программным управлением и повышения эффективности его применения в его оснащении могут использоваться различные приспособления:

  • рабочие столы поворотного, наклонного или маятникового типа;
  • навесные кондукторы;
  • резьбонарезные патроны;
  • револьверные головки или быстросъемные патроны.

Вспомогательный инструмент для станков с ЧПУ сверлильно-фрезерной группы позволяет закреплять в патроне разнообразные рабочие насадки

Более сложной конструкцией отличается радиально-сверлильный станок с ЧПУ, несущая колонна которого поворачивается на 360 градусов. Рабочая головка такого станка монтируется на траверсе, имеющей возможность перемещаться по вертикали. На траверсе имеются специальные направляющие, по которым передвигается сама сверлильная головка с закрепленным в ней инструментом.

Конструкция данного станка, подвижные элементы которой управляются при помощи системы ЧПУ позиционного типа, позволяет оперативно и точно устанавливать режущий инструмент относительно поверхности обрабатываемой детали. Оборудование такого типа особенно удобно в работе с корпусными заготовками.

Вопрос-Ответ

Что такое станки с ЧПУ, и какие технологические операции они могут выполнять. Когда, в условиях производства, выгодно приобретать оборудование с программным управлением? Устройство и автоматизация станков на программном управлении. Написание управляющей программы для ЧПУ.

Как расшифровывается маркировка модели станка? Например, у нас есть станок 1А616Ф3. Расшифровка будет следующей: станок токарный (1 группа), усовершенствованный (после номера группы добавлена буква А), относится к типу токарных и лобных станков (6 тип), у оборудования 16 типоразмер (выбирается по максимальному диаметру обрабатываемой детали), с установленной контурной системой СЧПУ.

Принцип программирования

Что такое ЧПУ? Если говорить о комплектации, то система состоит из:

  • Шкафа с пультом оператора.
  • Дисплея.
  • Контроллера управления — устройства, обрабатывающего информацию УП и управляющие работой приводов.
  • Постоянного и оперативного запоминающего устройства (память).

В первую очередь работа этих устройств направлена на оперативное и корректное выполнение команд управляющей программы (УП). Но кто, и как ее пишет? Если вы хотите знать все о станках с ЧПУ, без этой информации не обойтись.

Для создания управляющей программы можно воспользоваться одним из предложенных методов:

А) Ручное программирование. Программная часть УП пишется технологом, который путем ввода числовых данных задает координаты перемещения рабочего органа вручную. Это трудоемкий и кропотливый процесс, поэтому его применение оправдано только если на производстве всего несколько автоматизированных станков, и они ориентированы на изготовление простых деталей.

Б) Программирование с пульта оперативной системы числового программного управления (shop-floor). УП пишется с использованием сенсорного экрана и джойстика, расположенных на стойке станка. Модели пятого поколения при вводе управляющей программы могут использовать диалоговый режим. Оператор ЧПУ, в любой момент, может протестировать программу или провести ее коррекцию.

В) Метод программирования с помощью систем САПР и CAM. Используется при написании программ для изготовления сложных деталей, с большим количеством задействованных операций. Программные средства управления пишутся в несколько этапов.

  • С помощью графических программ САПР (AutoCAD, Solid, Catia, Компас) инженеры создают электронный чертеж детали.
  • В программу САМ (SheetCam, Kcam. MeshCam, CorelDraw) загружается полученный графический файл, предварительно преобразованный в формат DXF, Exeilon, HPGL, Gerber. Таким образом импортируется геометрия детали. Задача программиста-технолога описать траекторию движения рабочего органа путем задания чисел, выбрать способ обработки из предложенных вариантов, назначить рабочий инструмент. Параллельно процессу написания программы на экране происходит ее визуализация (функция бэкплот).
  • Создается промежуточный Cl-файл на базе информации полученной из предыдущего этапа. Этот файл обрабатывается специальной программой, которая называется постпроцессор или паспорт. На выходе получают управляющую программу в соответствии с форматом конкретного станка. В этой УП команды уже сгенерированы в виде G- и М-кодов.

Требования к подобному программному обеспечению, как вы понимаете, довольно высоки. УП стоит тысячи долларов и токарем она не пишется.

Станки фрезерные с ЧПУ

Основное назначение станков этой группы — фрезерование, как простых плоских деталей, так и изделий сложной пространственной формы. Современные фрезерные станки с ЧПУ ориентированы на выполнение большого числа технологических операций. Кроме фрезерования на них можно раскраивать листовой металл, обрабатывать заготовку под разными углами, выбирать пазы. Чтобы расширить спектр работ эти металлорежущие механизмы оснащаются устройствами АСИ — револьверными шпиндельными головками или инструментальным магазином.

Количество хранимых в одном магазине инструментов впечатляет — есть магазины на 300 инструментов!

Промышленностью выпускаются следующие виды фрезерных станков:

  • Вертикально-фрезерные. Шпиндель расположен вертикально (перпендикулярно столу). Применяются при обработке заготовки с одной из сторон.
  • Горизонтально-фрезерные. Шпиндель устанавливается параллельно плоскости стола. Оборудование используется для многосторонней обработки.

Из-за конструктивного разнообразия классификация фрезерных станков с ЧПУ становится затруднительной. Независимо от того, к какому из видов (вертикальная или горизонтальная компоновка), относится фрезерный станок ЧПУ, он может быть консольным или бесконсольным, иметь один или несколько шпинделей, управлять одновременно движением по трем (и более) координатам.

Согласно установленной на станке СЧПУ выделяют следующие типы фрезерных станков:

  • С позиционным управлением. На этих программах работает сверлильно-фрезерное оборудование.
  • С контурным управлением. Эти виды станков используются для фрезерования сложных криволинейных поверхностей.
  • С комбинированным (смешанным) управлением. Станок, работающий на этой системе, используется для комплексной обработки деталей.

Конструктивные особенности фрезерного станка с ЧПУ

  • Мощная станина, корпус, укреплённый ребрами жесткости.
  • Высокие показатели жесткости шпинделя.
  • Одинаково хорошее качество обрабатываемой поверхности как при встречном, так и при попутном фрезеровании.
  • Оборудование оснащено высокоточными винтами и рельсовыми направляющими качения для горизонтального перемещения рабочих органов.

Номенклатура фрезерных металлорежущих станков исчисляется сотнями моделей. Здесь не редкость оборудование длиной 10 м и более. Но есть в этой группе и настоящие «малютки» — мини фрезерные станки с программным управлением, которые помещаются на обычный стол. Таким станком с ЧПУ пользуются в основном владельцы небольших мастерских — для мелкосерийного производства однотипных деталей из металла, дерева, стекла, пластика.  И хотя мощность такого станка не превышает 750 Вт, а габарит — одного метра, его конструкция в целом аналогична крупным заводским станкам.

Мини станки с ЧПУ оборудуются шаговым приводом (сервоприводом) для перемещения каретки, шпинделем, который поворачивается в любом угловом направлении, регулируемым по высоте столом. Управляющая программа, как правило, идет в комплекте с оборудованием и подключается через обычный ПК.

Станки токарные с ЧПУ

На токарном станке обработка производится резцом со сменными пластинами. Он закрепляется в резцедержателе, который вместе с салазками и поворотной плитой входит в узел суппорта. Токарный станок с ЧПУ может быть оборудован кассетным резцедержателем (вмещает до 12 инструментов). Заготовка зажимается в токарном патроне, закрепленном на вращающемся шпинделе. Рабочие органы токарного станка приводятся в движение приводными механизмами, причем скорость вспомогательного хода практически всегда делается выше скорости рабочего.

Классификация токарных станков с ЧПУ по виду выполняемых работ

На сегодняшний день широко используется несколько типов этого оборудования:

  • Центровые. Обработка заготовки производится по контуру деталей цилиндрической и конической формы, фасонных поверхностей. Основной способ обработки — точение.
  • Патронные. Нарезают резьбу, зенкеруют, сверлят, обтачивают заготовки под фланцы, шестерни, диски, втулки. Токарные станки этого вида могут применяться для обработки как внутренней, так и внешней поверхности деталей.
  • Патронно-центровые. Универсальные токарные станки, успешно совмещают технологические возможности по обработке патронных и центровых механизмов.
  • Карусельные. Используются для металлообработки крупногабаритных заготовок, деталей неправильной формы. Одностоечные карусельные ЧПУ станки применяют, если диаметр заготовки не превышает 2 м. Для заготовок с диаметром до 12…15 метров потребуются двухстоечные токарные станки ЧПУ.

Конструктивные характеристики

  • Для токарных станков с ЧПУ характерна вертикальная или круто наклоненная компоновка. При такой конструкции стружка легче удаляется из рабочей зоны, оборудование с ЧПУ занимает меньшую площадь, можно подключить к станку автоматическое загрузочное устройство любого типа.
  • Все несущие конструкции станка выполняются более жесткими, за счет увеличения толщины металла и дополнительных ребер жесткости.
  • Токарные станки с ЧПУ оборудуются инструментальными сменными магазинами или автоматическими револьверными головками, которые ставятся на место резцедержателя.

Многоцелевые станки (обрабатывающие центры)

Многоцелевые станки на числовом программном управлении обеспечивают комплексную обработку детали без ее перебазирования. МЦС оборудуются комбинированными (смешанными) системами программного управления. С ЧПУ что устанавливается на этом оборудовании, можно зенкеровать, растачивать, раскраивать, фрезеровать, нарезать резьбу на металлических заготовках, нарезать фаски на торцах труб. Если обрабатывается заготовка плоской детали или детали корпуса, то используют МЦ сверлильно-расточной группы.

Для металлообработки заготовок валов, втулок, фланцев и шестерен потребуется МЦ токарно-шлифовальной группы.

Конструктивные особенности

  • Практически всегда в комплектацию оборудования входят сменные инструментальные магазины. Настройка инструмента на размер происходит заранее.
  • Обрабатывающие центры оборудованы поворотными столами, которые обеспечивают перемещение заготовки в разных плоскостях. В комплектацию современных обрабатывающих центров могут входить переналаживаемые приспособления-спутники по смене заготовок.
  • В конструкции используются малоинерционные высокомоментные электродвигатели, отличающиеся высоким быстродействием и способностью развивать высокий крутящий момент на малых частотах.

По компоновке МЦС подразделяются на:

  • Горизонтальные. Предназначаются для односторонней обработки заготовок с большими габаритами, но это только если не использовать поворотных приспособлений. В этом случае при одном закреплении деталь можно обработать сразу с нескольких сторон.
  • Вертикальные. Предназначаются для обработки заготовки с 2-5 сторон. В таких станках головка шпинделя, с помощью специальных поворотных приспособлений, может поворачиваться вдоль горизонтальной (или вертикальной) оси.

Проблемы

Хотите узнать все о станках ЧПУ? Что же, тогда промолчать о проблемах будет некорректным. Есть определенные сложности на этапе постпроцессирования СПУ. По идее G и М-коды должны быть универсальны для всех станков, и если программист пишет в УП код M5, то предполагает, что эта команда остановит шпиндель, а не запустит цикл сверления. Но, по факту, зачастую возникает масса нестыковок, и станок не может правильно отработать запрограммированные перемещения. Еще одна проблема — недостаток квалифицированных наладчиков и технологов-операторов.

Для молодых специалистов программное управление станками — открытая книга, но они плохо разбираются в технологии обработки металла или дерева. Опытные токаря и слесаря, напротив, не знают компьютера, и их приходится обучать работе с фрезерным, расточным или токарным станком буквально заново, с нуля. Словом, проблема, о которой говорили уже давно, (в стране не хватает грамотных токарей и программистов) распространяется и на эту сферу производства.

Что же, проблемы есть, но главное — они решаемы. Тот, кто хоть раз видел, что такое ЧПУ, и как работает станок по программному управлению, уверен — за автоматизированным оборудованием будущее, и в этом сомнений нет.