От трёх – до пяти или Делаем 5-осевой станок из 3-осевого

Все металлообрабатывающие производства стремятся совершенствовать свои технологические возможности, оптимизировать операции и сокращать издержки. В этой небольшой статье рассмотрено, как с помощью недорогой опции превратить свой 3-осевой вертикальный обрабатывающий центр в 5-осевой станок.

В любом производстве каждый станок имеет свою задачу. Основная функция трехосевых вертикальных фрезерных станков – это линейное перемещение шпинделя вдоль осей X, Y и Z, но с помощью добавления вращающегося/наклонного стола можно дополнить движение вокруг осей A и C для заготовок, которые уже требуют обработки в 5 осях.

Стол, добавляющий дополнительные 4-ю и 5-ю ось

Фрезерный станок с ЧПУ, предназначенный для стандартной трехосевой обработки, может с помощью дополнительной опции получить возможности четырех- или пятиосевой обработки, и это обойдётся значительно дешевле, чем приобретение полноценного специализированного пятиосевого станка. Однако существуют некоторые аспекты, которые стоит учитывать.

Важным моментом в обработке деталей является сокращение количества дополнительных базирований деталей на станках. Это длительный и сложный процесс, требующий привлечения высококвалифицированных наладчиков. Чем больше базирований, тем ниже точность обработки и производительность станка, поэтому так важно совершать все необходимые операции с деталью за одну базировку.

При обработке заготовки, в которой элементы имеют не диаметрально противоположное, а иное расположение, для успешного доступа к ним необходим дополнительный поворот детали по четвертой оси. Добавление же пятой оси позволяет обрабатывать еще более сложные элементы заготовки за счет непрерывного перемещения или контурной обработки.

Сейчас на рынке появились дополнительные 5-осевые столы диаметром до 1 м, но чаще всего приобретают небольшие столы с диаметром от 100 до 250 мм. Их применение оправдано в производстве сложных деталей для медицинских, автомобильных, авиационных и иных отраслей. Для предприятий, которые только начинают работу с 4-5-ю осями, эти компактные устройства можно устанавливать сбоку на столе вертикального фрезерного станка с ЧПУ. Тогда часть стола освобождается для других задач и позволяет разместить, например, комплект выставленных прецизионных тисков вместе с дополнительной осью. Это означает, что у вас есть возможность выполнять 3- или 5-осевую обработку по необходимости. В некоторых случаях эти устройства могут быть перенесены на другие станки в цехе, что повышает их универсальность.

Использование только части стола обрабатывающего центра для наклонно-поворотной обработки позволяет на остальной части работать с обычными трехкоординатными деталями. Решение для технолога состоит в том, чтобы он мог рассортировать заготовки по сложности предстоящей обработки – от 3- до 5-осевой– и выполнить необходимые операции за одну базировку.

Стоит упомянуть о том, что подход с использованием дополнительных осей применяется для полноценной 5-осевой интерполяции в 10-15% случаев. В остальных – для 3+1 или 3+2 интерполяции, т.е. только для изменения положения заготовки в пространстве и дальнейшей обработки по 3-м осям. Суть в том, что с помощью поворотно-вращающегося стола технолог может получить доступ к пяти сторонам детали без остановки станка и новой базировки. Это значительно сокращает время обработки и повышает ее точность. Даже опытный мастер может потратить целую рабочую смену только на наладку, кратно повышая стоимость конечного изделия.

Деталь для обработки 3+2 осями

Обработка с полноценной 5-осевой интерполяцией

Несмотря на то, что большинство операций на вертикальных фрезерных обрабатывающих центрах выполняются в 3-х осях, поворотно-вращающийся стол позволяет при наличии продвинутой версии ЧПУ-стойки производить полноценные 5-осевые обработки. Типовым примером является фрезерование лопатки турбины.

Ее геометрия требует, чтобы резец контактировал с заготовкой в течение всего цикла обработки. Из-за сложной геометрии единственным способом обработки детали является полноценная 5-осевая интерполяция.

Управление дополнительными осями

Часто стойка ЧПУ-станка является ограничивающим фактором для возможности работы с поворотно-наклонным столом, если необходима обработка в пяти осях. Хотя большинство стоек могут вести одновременную работу в четырех осях, пятиосевая обработка обычно не входит в стандартные функции ЧПУ вертикальных фрезерных станков.

Приобретая обычный трехосевой вертикальный обрабатывающий центр с намерением в будущем докупить 5-ю ось, необходимо правильно выбрать версию стойки с ЧПУ в комплектации вашего станка. Разница между одновременной пятиосевой обработкой и более распространенной четырехосевой сводится к цене стойки ЧПУ, которая быстро окупается благодаря возможности обрабатывать более сложные детали при добавлении поворотно-наклонного стола.

Даже если сейчас на предприятии не требуется полноценная 5-осевая обработка, сама эта возможность позволит быть на шаг впереди конкурентов, особенно если возникнет срочный заказ.

Например, ЧПУ FANUC 0i MF и большинство управляющих систем, обычно устанавливаемых на вертикальных фрезерных станках, способны обеспечивать одновременное перемещение только в четырех осях. Для одновременной обработки в пяти осях компании следует заказать станок с ЧПУ FANUC 31i, поддерживающий 5-осевую интерполяцию, или ее эквивалент. Обе эти возможности неочевидны для станка, работающего в трех осях, но для производств, которые хотят добавить 5-ю ось, это может иметь большое значение.

В качестве связи между дополнительными осями и ЧПУ используются кабели для питания и передачи сигналов. После настройки параметров поворотно-наклонного стола он становится частью общей системы с единой исполнительной программой, что позволяет эффективно управлять дополнительными осями. В результате сам станок и стойка ЧПУ перестают «замечать» разницу между работой в трех, четырех или пяти осях. Кроме того, благодаря быстродействию современной технологии ЧПУ, значительно ускоряется обработка кодов с дополнительными программными строками, необходимыми для указаний позиционирования в четырех или пяти осях.

Расширение производственных мощностей

Поскольку вертикальные обрабатывающие центры приобретаются для производств, специализирующихся на обработке тел вращения на токарных станках, объединение возможностей таких центров в сложный производственный комплекс открывает широкие перспективы для молодых производств. В большинстве компаний этот переход осуществляется путем увеличения мощностей фрезерного участка, который первоначально выполнял вспомогательные функции в дополнение к основному токарному участку.

В связи с выполнением специфических заказов некоторые мастерские могут в процессе производства переориентировать свои фрезерные участки со вспомогательных работ, которые служили для внутренних задач, на новые возможности, чтобы генерировать доход с дополнительных заказов вне предприятия, например, оборонное предприятие может заняться изготовлением гражданской продукции в качестве дополнительного источника дохода, чтобы дорогостоящее оборудование не простаивало.

Основная тенденция развития предприятия – от простого к сложному, т.е. начиная с базовых навыков программирования и работы в трех осях и постепенно совершенствуя свои навыки на фрезерных станках, уже приобретать дополнительные оси, повышая при этом сложность производимых изделий. Поэтому планирование дополнительных производственных возможностей уже на стадии первоначальной покупки оборудования – важный аспект для скорейшей окупаемости и доходности производства.