CNC-svarvmaskiner är bland den vanligaste utrustningen i industriföretag. De kännetecknas av bred tillämpbarhet, enkel struktur, enkel användning och enkelt underhåll. Dessa maskiner används för svarvning av roterande delar som axlar, skivor och andra komponenter, inklusive svarvning av ytterdiameter, ändytor, centrumhål och gängor. När det gäller strukturell layout är de vanligaste CNC-svarvmaskinerna i industriföretag horisontella CNC-svarvar och vertikala CNC-svarvar, där horisontella CNC-svarvar är de mest använda.

CNC-svarvar av populär typ

I Kina är CNC-svarvar av populär typ förenklade CNC-produkter som utvecklats från konventionella svarvar. Huvudkomponenterna, strukturen, utseendet och de viktigaste tekniska parametrarna för dessa svarvar liknar dem hos konventionella svarvar. Små och medelstora horisontella CNC-svarvar av populär typ visas i figur 1. Denna typ av maskin är bara en delvis förbättring jämfört med den konventionella svarven för att uppfylla CNC-kraven, där bädden, spindeldocka, dubbdocka, vagn och hjälpsystem som hydraulik, kylning, belysning och smörjning är ganska lika en konventionell svarv.

Popular CNC lathe
Figur 1: Populär CNC-svarv

Vanliga CNC-svarvar använder vanligtvis frekvensstyrda motorer. Eftersom frekvensomvandlarens lågfrekventa utgångsmoment är litet krävs fortfarande mekaniska kugghjul för att förbättra spindelns lågvarvsmoment. Antalet hastighetsområden kan dock vara färre än på konventionella svarvar. Huvuddockens struktur är relativt enkel. Maskinverktyget är vanligtvis utrustat med ett elektriskt revolverhuvud istället för det manuella revolverhuvudet som finns på konventionella svarvar, vilket förbättrar automatiserings- och verktygsbytesmöjligheterna. Dessa svarvar är enkla i strukturen, prisvärda och lätta att underhålla. De är lämpliga för automatisk bearbetning av enkla delar. Eftersom de flesta CNC-system som används är inhemskt tillverkade och har grundläggande funktioner saknar dessa maskiner sluten positionskontroll, vilket resulterar i lägre precision och bearbetningseffektivitet jämfört med fullfunktionella CNC-svarvar. Dessa maskiner är inte lämpliga för höghastighets- eller högprecisionsbearbetning.

Fullfunktionella CNC-svarvar

En fullfunktions-CNC-svarv är en äkta CNC-svarv som kräver ett fullt fungerande importerat CNC-system och har sluten positionskontroll. Den kan utföra högprecisionskonturbearbetning. Små och medelstora horisontella fullfunktions-CNC-svarvar visas i figur 2. Strukturen och layouten för fullfunktions-CNC-svarvar är generellt utformade enligt kraven för CNC-maskiner. Dessa maskiner använder vanligtvis en snedställd design med det automatiska revolverhuvudet placerat baktill på bädden och spindeldocka fixerad på bädden.

full-function CNC lathe
Figur 2: CNC-svarv med full funktion

Spindeldrivningen i fullfunktionella CNC-svarvar använder ett AC-spindeldrivningssystem som levereras av CNC-tillverkaren, vilket erbjuder ett brett hastighetsområde, högt vridmoment vid låga varvtal och hög maxhastighet. Dessutom har spindeln funktioner som orientering och positionering. Höghastighets- och högprecisions-CNC-svarvar använder ofta avancerade komponenter som höghastighetsspindelenheter och elektriska spindlar, vilket uppnår betydligt högre spindelhastighet och precision jämfört med vanliga CNC-svarvar.

Fullfunktionella CNC-svarvar använder vanligtvis hydrauliska revolvertorn för automatiskt verktygsbyte. Revolvertornens styvhet, verktygskapacitet, indexeringsnoggrannhet och verktygsbyteshastighet är vida överlägsna de hos elektriska revolvertorn. Fullfunktionella CNC-svarvar har de grundläggande tekniska egenskaperna hos höghastighets-, högeffektiva och högprecisions-CNC-verktygsmaskiner. Deras hjälpsystem är mer avancerade och kompletta än de hos vanliga CNC-svarvar. Chuck, dubbdocka och andra komponenter använder ofta hydraulisk automatisk styrning. Dessutom är verktygsmaskinen utrustad med ett högtrycks-, storkapacitets automatiskt kylsystem, automatisk smörjning och spånavlägsningssystem. Som ett resultat kräver dessa svarvar vanligtvis ett helt slutet säkerhetsskydd.

Introduktion till CNC-svarvcenter

En svarv är utvecklad baserat på en fullt fungerande CNC-svarv och används för svarvning, fräsning och hålbearbetning på roterande delar. Svarvcentret är en av de tidigaste typerna av CNC-maskiner som kombinerar både svarv- och fräsfunktioner, där den horisontella versionen är den vanligaste. En typisk svarvprodukt, som visas i figur 3, har ett liknande utseende som en fullt fungerande CNC-svarv men skiljer sig avsevärt i sin interna struktur och prestanda. Spindeln har C-axelstyrning, och revolverhuvudet kan utrustas med roterande verktyg för borrning, arborrning och fräsning. Verktygens förmåga att röra sig längs den vertikala Y-axeln är den största skillnaden mellan en svarv och en fullt fungerande CNC-svarv.

Turning Centers
Figur 3: CNC-svarvcenter

C-axelkontroll

C-axelstyrning, även känd som spindelinterpolering eller C-axelinterpolering, är en funktion där spindeln roterar runt Z-axeln. Denna rörelseaxel definieras som C-axeln. Därför kallas denna funktion för C-axelkonturstyrning.

Vid svarvoperationer driver spindeln arbetsstycket att rotera, medan verktyget rör sig längs matningsriktningen (X- och Z-axlarna). Vid borrning, arborrning och fräsning driver däremot spindeln verktygets rotation, medan antingen arbetsstycket eller verktyget rör sig längs matningsriktningen. De två processerna har helt olika bearbetningsegenskaper. Därför måste svarvcentrets spindel inte bara rotera arbetsstycket för svarvning utan också kunna fastspänna och positionera arbetsstycket när som helst för borrning, arborrning och fräsning. Dessutom deltar spindeln i interpoleringsberäkningar som X-, Y- och Z-axlarna för att uppnå matningsrörelsen och slutföra den cylindriska ytbearbetningen.

Live-verktyg

Roterande verktyg är speciella roterande verktyg som används för bearbetning. I konventionella CNC-svarvar utförs svarvningsprocessen genom att arbetsstycket roteras, som visas i figur 4. Verktygen som är monterade på revolverhuvudet roterar inte (och behöver inte) rotera. För att i en svarvcentral utföra svarvning på sidoytor och ändytor på ett roterande arbetsstycke eller för att fräsa, borra eller borra, måste revolverhuvudet dock vara utrustat med roterande verktyg som kan utföra dessa processer. Dessa roterande verktyg drivs av subspindeln (den andra spindeln) för rotation.

Comparison of CNC lathe and turning center machining
Figur 4: Jämförelse av CNC-svarv och svarvcenterbearbetning

Y-axelns rörelse

För svarvoperationer på inner- och ytterdiametrarna och ändytorna på ett roterande arbetsstycke krävs endast axiella (Z-axel) och radiella (X-axel) matningsrörelser. För sidoytor, hål i ändytor och fräsningsoperationer krävs dock, förutom axiell och radiell matning, även vertikal verktygsaxelrörelse. Därför kräver en svarvcentral minst X-, Y- och Z-matningsaxlar. Revolverhuvudet på en svarvcentral liknar till utseendet revolverhuvudet på en fullt fungerande CNC-svarv, men den interna strukturen och styrkraven skiljer sig avsevärt. Revolverhuvudet på en CNC-svarv har endast indexerings- och positioneringsfunktioner, medan revolverhuvudet på en svarvcentral inte bara måste ha indexering och positionering utan också ett drivsystem för roterande verktyg, vilket gör dess struktur mer komplex.