ЧПУ-токарные станки с линейными направляющими: точность, скорость, легкое производство

Токарный станок с линейными направляющими (linear way CNC lathe) — ЧПУ-токарный станок с линейными направляющими (linear guideways), которые несут и перемещают инструменты на линейных рельсах с бегунками во время работы. Проектирован для обработки относительно легких заготовок с высокой скоростью и точностью — выгодно для легкого производства.

ЧПУ-токарный станок вращает заготовку шпинделем, режущий инструмент движется по заготовке, снимая материал с поверхностей или внутренних полостей. С ЧПУ процессы выполняются с компьютерной настройкой скорости, позиций, направлений, подач.

При применении ЧПУ в токарном станке: от проектирования до обработки — соответствующие системы. Проектирование — САПР (CAD) для 2D/3D моделей. Обработка — САПП (CAM) превращает программы в коды-инструкции.

Кроме того, координация компонентов станка критична для эффективности и качества. Разберем конструкцию ЧПУ-токарного станка.

Конструкция ЧПУ-токарного станка

Несколько систем со сборочными единицами, формирующими механизмы для каждого этапа обработки: система питания, система закрепления, система обработки, система передачи движения.

Система питания

Поставка энергии (гидравлическая, пневматическая, электрическая) от источника к системе передачи движения.

Система закрепления

Оборудование для фиксации заготовки и режущего инструмента. Закрепление заготовки: вращающийся шпиндель + зажимное устройство (патрон или колетник), фиксирующее заготовку при вращении.

Система обработки

Компоненты, прямо участвующие в зоне резания: вращающийся шпиндель и режущий инструмент. Шпиндель обеспечивает движение заготовки. Заготовка на зажиме в головке вращается со шпинделем. Режущий инструмент — специальные резаки с лезвиями/зубчиками для снятия материала.

Система передачи движения

Производная от системы питания. Механизм движения движущихся частей (шпиндель, направляющие), преобразует механическую/электрическую энергию в кинетическую (вращательное или поступательное движение) и передает движущимся частям.

Роль направляющих на ЧПУ-токарном станке

На любых ЧПУ-станках (фрезерные, токарные) направляющие обеспечивают вращательное/поступательное движение соединенных компонентов. Особенно для токарного — направляющие служат для движения режущего инструмента.

Инструмент в держателе, установленном на бегунках, продвигается по осям для резания. Бегунки движутся вперед-назад. Но что заставляет бегунки двигаться?

Два основных типа направляющих в системе передачи: коробчатые (box ways) и линейные (linear ways), названия по форме. Коробчатые (также «ласточкиные хвосты» — dovetail) — широкие поверхности, для тяжелых нагрузок. Линейные (linear slides) — линейные подшипники с узкими поверхностями бегунков — для легких нагрузок.

Из чего состоят линейные направляющие?

Две основные части: рельсы и бегунки. Два бегунка на двух рядах рельс — типичная сборка на токарном станке.

Рельс (Rail)

Похож на шарикоподшипник/роликоподшипник, но с плоской верхней поверхностью. Шарики/ролики — цилиндрические, без граней. Плоская поверхность рельса дает стабильную опору бегунку, держателю и инструменту.

Бегунок (Traveling Block)

Расположен над хвостовиком (базой держателя). Держатель крепится к поверхности бегунка. Вращательное движение от системы питания преобразуется в поступательное для рельса — рельс двигает бегунок вперед-назад, вызывая движение держателя.

Линейные направляющие vs Коробчатые

Динамическая жесткость

Жесткость в движении. Коробчатые — шире поверхности для держателя — механизм стабильнее. Коробчатые превосходят линейные по динамической жесткости.

Применимость (совместимость)

Чем стабильнее направляющие, тем выше грузоподъемность. Линейные — для легких нагрузок, коробчатые — для тяжелых.

Скорость

При разной нагрузке скорость разная. Линейные (легкие нагрузки) работают быстрее коробчатых (тяжелые нагрузки).

Гашение вибраций

При движении компонентов возникают вибрации. Стабильность определяет демпфирование. Коробчатые лучше гасят вибрации.