Tokarka CNC i centrum obróbcze
Tokarki CNC należą do najczęściej używanych urządzeń w przedsiębiorstwach przemysłowych. Charakteryzują się szerokim zastosowaniem, prostą konstrukcją, łatwością obsługi i konserwacji. Maszyny te służą do toczenia części obrotowych, takich jak wały, tarcze i inne elementy, w tym toczenia średnicy zewnętrznej, powierzchni czołowych, nakiełków i gwintów. Pod względem konstrukcji, najczęściej używanymi tokarkami CNC w przedsiębiorstwach przemysłowych są poziome i pionowe tokarki CNC, przy czym tokarki poziome CNC są najszerzej stosowane.
Tokarki CNC popularnego typu
W Chinach popularne tokarki CNC to uproszczone produkty CNC, będące rozwinięciem tokarek konwencjonalnych. Główne komponenty, konstrukcja, wygląd i kluczowe parametry techniczne tych tokarek są podobne do tokarek konwencjonalnych. Małe i średnie poziome tokarki CNC popularnego typu przedstawiono na rysunku 1. Ten typ obrabiarki stanowi jedynie częściowe ulepszenie tokarki konwencjonalnej, spełniając wymagania CNC. Łoże, wrzeciennik, konik, suport oraz układy pomocnicze, takie jak hydraulika, chłodzenie, oświetlenie i smarowanie, są dość podobne do tych w tokarce konwencjonalnej.
Tokarki CNC popularnego typu zazwyczaj wykorzystują silniki sterowane częstotliwościowo. Ponieważ moment obrotowy wyjściowy przetwornicy częstotliwości przy niskiej częstotliwości jest niewielki, nadal wymagane są przekładnie mechaniczne w celu zwiększenia momentu obrotowego wrzeciona przy niskiej prędkości obrotowej. Jednak liczba zakresów prędkości może być mniejsza niż w tokarkach konwencjonalnych. Konstrukcja wrzeciennika jest stosunkowo prosta. Obrabiarka jest zazwyczaj wyposażona w elektryczną głowicę rewolwerową zamiast ręcznej głowicy rewolwerowej, stosowanej w tokarkach konwencjonalnych, co zwiększa automatyzację i możliwości wymiany narzędzi. Tokarki te charakteryzują się prostą konstrukcją, są niedrogie i łatwe w utrzymaniu. Nadają się do automatycznej obróbki prostych części. Jednakże, ponieważ większość stosowanych systemów CNC jest produkowana w kraju i posiada podstawowe funkcje, maszyny te nie posiadają sterowania położeniem w pętli zamkniętej, co skutkuje niższą precyzją i wydajnością obróbki w porównaniu z pełnofunkcjonalnymi tokarkami CNC. Maszyny te nie nadają się do obróbki z dużą prędkością lub wysoką precyzją.
Tokarki CNC o pełnej funkcjonalności
W pełni funkcjonalna tokarka CNC to prawdziwa tokarka CNC, która wymaga w pełni funkcjonalnego, importowanego systemu CNC i posiada sterowanie położeniem w pętli zamkniętej. Umożliwia ona precyzyjną obróbkę konturów. Małe i średnie poziome, w pełni funkcjonalne tokarki CNC przedstawiono na rysunku 2. Konstrukcja i układ w pełni funkcjonalnych tokarek CNC są zazwyczaj projektowane zgodnie z wymaganiami obrabiarek CNC. Maszyny te zazwyczaj posiadają konstrukcję ze skośnym łożem, z automatyczną głowicą rewolwerową umieszczoną z tyłu łoża, a wrzeciennik jest zamocowany na łożu.
Napęd wrzeciona w pełni funkcjonalnych tokarek CNC wykorzystuje układ napędowy wrzeciona prądu przemiennego dostarczany przez producenta CNC, oferujący szeroki zakres prędkości obrotowych, wysoki moment obrotowy przy niskich obrotach oraz wysoką prędkość maksymalną. Dodatkowo wrzeciono posiada funkcje takie jak orientacja i pozycjonowanie. Szybkie i precyzyjne tokarki CNC często wykorzystują zaawansowane komponenty, takie jak wrzeciona wysokoobrotowe i wrzeciona elektryczne, osiągając znacznie wyższą prędkość obrotową i precyzję w porównaniu z popularnymi tokarkami CNC.
W pełni funkcjonalne tokarki CNC zazwyczaj wykorzystują hydrauliczne głowice rewolwerowe do automatycznej wymiany narzędzi. Sztywność, pojemność narzędzi, dokładność indeksowania i szybkość wymiany narzędzi głowicy rewolwerowej znacznie przewyższają głowice rewolwerowe z napędem elektrycznym. W pełni funkcjonalne tokarki CNC charakteryzują się podstawowymi cechami technicznymi szybkich, wydajnych i precyzyjnych obrabiarek CNC. Ich systemy pomocnicze są bardziej zaawansowane i kompletne niż w popularnych tokarkach CNC. Uchwyt, konik i inne komponenty często wykorzystują hydrauliczne sterowanie automatyczne. Dodatkowo, obrabiarka jest wyposażona w wysokociśnieniowy, automatyczny system chłodzenia o dużej wydajności, automatyczne smarowanie i systemy usuwania wiórów. W związku z tym, tokarki te zazwyczaj wymagają całkowicie zamkniętej osłony bezpieczeństwa.
Wprowadzenie do centrów tokarskich CNC
Centrum tokarskie jest konstruowane na bazie w pełni funkcjonalnej tokarki CNC i służy do toczenia, frezowania i obróbki otworów w elementach obrotowych. Centrum tokarskie jest jednym z najwcześniejszych typów maszyn CNC łączących funkcje toczenia i frezowania, przy czym wersja pozioma jest najpopularniejsza. Typowe centrum tokarskie, jak pokazano na rysunku 3, ma podobny wygląd do w pełni funkcjonalnej tokarki CNC, ale różni się znacząco pod względem struktury wewnętrznej i wydajności. Wrzeciono jest sterowane za pomocą osi C, a głowica rewolwerowa może być wyposażona w narzędzia robocze do wiercenia, rozwiercania i frezowania. Możliwość przemieszczania narzędzi wzdłuż pionowej osi Y stanowi główną różnicę między centrum tokarskim a w pełni funkcjonalną tokarką CNC.
Sterowanie osią C
Sterowanie osią C, znane również jako interpolacja wrzeciona lub interpolacja osi C, to funkcja, w której wrzeciono obraca się wokół osi Z. Ta oś ruchu jest definiowana jako oś C. Dlatego funkcję tę nazywa się sterowaniem konturowym osi C.
Podczas toczenia wrzeciono wprawia przedmiot obrabiany w ruch obrotowy, podczas gdy narzędzie porusza się wzdłuż kierunku posuwu (osie X i Z). Natomiast podczas wiercenia, rozwiercania i frezowania wrzeciono wprawia w ruch obrotowy narzędzie, podczas gdy przedmiot obrabiany lub narzędzie porusza się wzdłuż kierunku posuwu. Te dwa procesy charakteryzują się zupełnie inną charakterystyką obróbki. Dlatego wrzeciono centrum tokarskiego musi nie tylko obracać przedmiot obrabiany podczas toczenia, ale także umożliwiać jego mocowanie i pozycjonowanie w dowolnym punkcie podczas wiercenia, rozwiercania i frezowania. Dodatkowo wrzeciono uczestniczy w obliczeniach interpolacyjnych, takich jak osie X, Y i Z, aby uzyskać ruch posuwowy i zakończyć obróbkę powierzchni walcowej.
Narzędzia na żywo
Narzędzia obrotowe to specjalne narzędzia obrotowe wykorzystywane do obróbki skrawaniem. W konwencjonalnych tokarkach CNC proces toczenia odbywa się poprzez obrót przedmiotu obrabianego, jak pokazano na rysunku 4. Narzędzia zamontowane na głowicy rewolwerowej nie obracają się (ani nie muszą się obracać). Jednak w centrum tokarskim, aby wykonywać operacje toczenia powierzchni bocznych i czołowych obracającego się przedmiotu obrabianego lub frezowania, wiercenia lub wiercenia, głowica rewolwerowa musi być wyposażona w narzędzia obrotowe umożliwiające wykonywanie tych czynności. Narzędzia obrotowe są napędzane przez wrzeciono pomocnicze (drugie wrzeciono) i wprawiane w ruch obrotowy.
Ruch w osi Y
Do operacji toczenia na średnicach wewnętrznych i zewnętrznych oraz powierzchniach czołowych obracającego się przedmiotu obrabianego wymagane są jedynie ruchy posuwowe osiowe (oś Z) i promieniowe (oś X). Jednak w przypadku powierzchni bocznych, otworów czołowych i operacji frezowania, oprócz posuwu osiowego i promieniowego, wymagany jest również ruch pionowy w osi narzędzia. Dlatego centrum tokarskie wymaga co najmniej osi posuwu X, Y i Z. Głowica rewolwerowa centrum tokarskiego jest podobna wyglądem do głowicy rewolwerowej w pełni funkcjonalnej tokarki CNC, ale jej wewnętrzna struktura i wymagania dotyczące sterowania znacznie się różnią. Głowica rewolwerowa tokarki CNC pełni jedynie funkcje indeksowania i pozycjonowania, podczas gdy głowica rewolwerowa centrum tokarskiego musi nie tylko indeksować i pozycjonować, ale także być wyposażona w układ napędowy dla narzędzi ruchomych, co czyni jej konstrukcję bardziej złożoną.