Co to jest tokarka CNC? Definicja, kluczowe komponenty, typy i zastosowania

Centrum serwisowe stali, które potrzebuje 600 identycznych wałów, każdy obrócony z tolerancją średnicy ± 0,01 mm, staje przed prostą decyzją: zaufać opiniom kilku wykwalifikowanych mechaników i zaakceptować różnice między częściami lub zlecić zadanie na tokarce CNC i pozwolić programowi utrzymać rozmiar przez całą zmianę. Krótka odpowiedź na to pytanie jest następująca: tokarka CNC to sterowana komputerowo tokarka, która obraca przedmiot wokół własnej osi, podczas gdy stałe narzędzie tnące podąża zaprogramowanymi ścieżkami w celu usunięcia materiału. Układ ten, składający się z części obrotowej i nieruchomego narzędzia, nazywany jest toczeniem i pozostaje najskuteczniejszym sposobem wytwarzania okrągłych elementów, takich jak wały, tarcze, tuleje, tuleje, a w przemyśle ciężkim – walców walcowniczych o masie kilku ton.

Czym dokładnie jest tokarka CNC?

CNC oznacza komputerowe sterowanie numeryczne. Na tokarce przedmiot obrabiany jest mocowany w uchwycie lub tulei na wrzecionie i obracany z zaprogramowaną prędkością, podczas gdy narzędzie tnące jest posuwane wzdłuż dwóch głównych osi: X, która kontroluje średnicę i Z, która kontroluje długość. Maszyna wykonuje program części, zwykle napisany w kodzie G, a serwomotory ze sprzężeniem zwrotnym położenia przesuwają narzędzie do współrzędnych z dokładnością do setnych, a nawet tysięcznych milimetra.

Decydującym szczegółem jest to, co się obraca. Na tokarce obrabiany przedmiot obraca się; na frezarce narzędzie wiruje. Podział ten wyjaśnia, dlaczego tokarki są właścicielami rynku części okrągłych, a frezy dominują w częściach pryzmatycznych. Nowoczesne maszyny nieco zacierają granicę: dodanie oprzyrządowania napędzanego i osi C do wrzeciona tworzy tokarkę-frezarkę, która może wiercić otwory poprzeczne, wycinać płaskowniki i frezować profile sześciokątne bez wyjmowania części z uchwytu.

Sama technologia jest dojrzała. Sterowanie numeryczne pojawiło się w latach pięćdziesiątych XX wieku, a sterowanie komputerowe rozprzestrzeniło się w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX wieku; od tego czasu zmieniły się koszty, użyteczność sterowania i niezawodność komponentów sprzężenia zwrotnego. W rezultacie sklepy niemal każdej wielkości obsługują tokarki CNC godzinami, a jeden operator obserwuje kilka maszyn.

Główne komponenty, część po części

Każda tokarka CNC, od kompaktowej jednostki stołowej po trzydziestotonową tokarkę walcową, jest zmontowana z tych samych grup rdzeni:

• Wrzeciennik: mieści wrzeciono, silnik napędowy i przekładnię; zamontowany tutaj uchwyt lub tuleja zaciskowa chwyta przedmiot obrabiany
  • Otwór wrzeciona: umożliwia podawanie długich prętów w przypadku pracy z prętem
  • Szczęki uchwytu: zaciskają pręt za jego średnicę zewnętrzną lub pierścień za otwór, gdy jest odwrócony
• Łoże i prowadnice: szkielet konstrukcyjny; sztywność decyduje o tym, jak ciężkie cięcie wytrzyma maszyna
  • Skośne łoże: wióry spadają poza strefę roboczą; powszechne na szybkich tokarkach średniej wielkości
  • Płaskie łóżko: tradycyjny układ nadal preferowany w dużych, ciężkich maszynach
• Wózek i suport poprzeczny: przenoszą imaki narzędziowe lub głowicę rewolwerową, która automatycznie ustawia kilka narzędzi w pozycji cięcia
• Konik: podtrzymuje wolny koniec długich lub smukłych przedmiotów obrabianych, zapobiegając ugięciu
• Jednostka sterująca CNC: odczytuje program, interpoluje ścieżkę narzędzia i steruje serwomotorami
• Układ chłodzenia i obsługa wiórów: wypłucz ciepło i wióry ze strefy skrawania

Operacje wykonywane na tokarce CNC

Jedna maszyna wykonuje większość prac tokarskich, ponieważ głowica rewolwerowa automatycznie wymienia narzędzia, a prowadnice mogą podążać dowolną zaprogramowaną ścieżką. Standardowe operacje to:

1. Toczenie proste i stożkowe: zmniejszanie średnicy zewnętrznej wzdłuż cylindra lub pod kontrolowanym kątem
2. Oblicowanie: cięcie płaskich powierzchni prostopadle do osi, zwykle na końcach części
3. Wiercenie i wytaczanie: tworzenie i powiększanie otworów wewnętrznych na osi wrzeciona
4. Rowkowanie i przecinanie: wycinanie wąskich kanałów lub oddzielanie gotowej części od pręta
5. Gwintowanie: jednopunktowe wycinanie gwintów wewnętrznych i zewnętrznych z określonym skokiem
6. Radełkowanie: wciskanie wzoru uchwytu w uchwyty, okucia i trzpienie
7. Toczenie konturowe: po zaprogramowanym profilu, w ten sposób powstają korony, promienie i złożone rowki walców

Rodzaje tokarek CNC i czym się różnią

Wybierz według liczby osi

Większość zadań toczenia wykonuje tokarka 2-osiowa, poruszająca się tylko w osiach X i Z. Dodanie oprzyrządowania napędzanego i osi C pozwala uzyskać 3-osiową frezarko-tokarkę zdolną do wiercenia poprzecznego i frezowania. Wrzeciono pomocnicze przenosi część do drugiego wrzeciona w celu obróbki wstecznej, a konfiguracje z czterema lub większą liczbą osi umożliwiają jednoczesne cięcie wieloma narzędziami przy dużych pracach.

Poziomo lub pionowo

Tokarki poziome są układem domyślnym. Tokarki pionowe, w których wrzeciono jest skierowane do góry, a część leży płasko na stole obrotowym, nadają się do dużych i ciężkich tarcz, takich jak kołnierze, koła zamachowe i tarcze hamulcowe, ponieważ grawitacja osadza część zamiast zawieszać jej cały ciężar na szczękach uchwytu.

Platformy o dużej wytrzymałości i specjalnego przeznaczenia

Z drugiej strony maszyny są budowane wokół przedmiotu obrabianego, a nie katalogu. Wytrzymałe tokarki poziome łączą w sobie wahania mierzone w setkach milimetrów z odległością między środkami wynoszącą 3500 mm i więcej, masywne łoża odlewane i podtrzymki podtrzymujące elementy obrabiane o masie kilku ton. Maszyny tej klasy istnieją, ponieważ standardowa tokarka, jakkolwiek dokładna, nigdy nie była wystarczająco sztywna do cięć wymaganych przez duże odkuwki.

Wytrzymała tokarka CNC do walcowania Parametry techniczne Zobacz produkt →

Tokarka CNC kontra tokarka ręczna

Praktyczna różnica pojawia się w powtarzalności i tym, gdzie tkwi wartość: tokarka ręczna nagradza ręce operatora, podczas gdy tokarka CNC nagradza program i sztywność maszyny. Ogólna zasada dotycząca ogólnej obróbki stali polega na tym, że umiejętne ręczne toczenie utrzymuje się w granicach ±0,05 mm, podczas gdy zdrowa tokarka CNC utrzymuje ±0,01 mm lub więcej i powtarza to na części nr 600 równie wiernie, jak na części nr 1.

Gdzie wysokowydajne tokarki CNC zarabiają na życie: obróbka walców

Walcownie stali pokazują, co musi przetrwać tokarka produkcyjna. Rolki robocze i rolki zapasowe tracą średnicę i ulegają zużyciu, które należy wymieniać zgodnie z harmonogramem. W walcach prętów zbrojeniowych znajdują się półksiężycowe rowki i kontury żeber, które należy dokładnie wycinać w miarę zużywania się, natomiast walcarki walcówki wytwarzają pierścienie walcowe, które wymagają stałej średnicy na całej powierzchni pierścienia.

Nic z tego nie przypomina toczenia w warsztacie pracy. Te elementy obrabiane są długie, ciężkie i trudne w obróbce, a także narażają każdą maszynę z lekkim łożem, dlatego w ogóle istnieją tokarki CNC na rolkach: wzmocnione łoża, ponadwymiarowe toczenia, podtrzymki stałe oceniane w tonach oraz elementy sterujące dostosowane do dużych średnic i powolnych, mocnych cięć. Specjalnie zbudowana tokarka CNC do walcowania jest skonfigurowana dla dokładnie tego cyklu pracy, a nabywcy porównujący maszyny dedykowane do pierścieni walcowych mogą zacząć od powodów, dla których tokarka CNC do pierścieni walcowych zdobyła własną kategorię.

Wysokowydajna tokarka walcowa CNC Parametry techniczne Zobacz produkt →

Kiedy ten sam przedmiot obrabiany wymaga również frezowania rowków, a nie samego toczenia, połączone platformy frezująco-walcowe wycinają obie funkcje w jednym ustawieniu, co ma znaczenie, ponieważ ponowne mocowanie wielotonowego walca pomiędzy operacjami wiąże się z ryzykiem zarówno dokładności, jak i czasu.

Co sprawdzić przed zakupem

Specyfikacje mają znaczenie tylko wtedy, gdy są dopasowane do części. Przejrzyj listę kontrolną w następującej kolejności:

1. Przechylenie nad łożem i odległość między środkami: największa średnica i długość, jaką maszyna może fizycznie zaakceptować, sprawdzona z największym bieżącym i planowanym przedmiotem obrabianym
2. Otwór wrzeciona i rozmiar uchwytu: pojemność pręta do pracy przez wrzeciono i zakres szczęk do pracy z uchwytem
3. Sztywność: masa maszyny i konstrukcja łóżka są uczciwymi wskaźnikami; Ciężka, odlewana podstawa pochłania wibracje powstające przy głębokich cięciach
4. Dokładność: poproś o dokładność pozycjonowania i powtarzalność jako osobne wartości i zapytaj, w jaki sposób zostały one przetestowane
5. Prędkość i moment obrotowy wrzeciona: wysoka prędkość umożliwia dokładne wykończenie, natomiast moment obrotowy przy niskiej prędkości umożliwia ciężkie cięcia na dużych średnicach
6. System sterowania: potwierdź udokumentowane programowanie, zgodność z CAM i wsparcie serwisowe w swoim regionie
7. Części zamienne i serwis: potwierdź dostępność części zamiennych przed podpisaniem umowy, ponieważ elementy zużywalne, takie jak szczęki uchwytu, uszczelki i osłony prowadnic, decydują o dyspozycyjności po latach

Bezpieczeństwo należy do tej samej listy. Pełna ochrona, blokowane drzwi i przeszkoleni operatorzy powinni być częścią zakupu, a nie późniejszą refleksją, a nabywcy maszyn walcowych mogą przed oddaniem ciężkiej maszyny do użytku sprawdzić, jak poprawić bezpieczeństwo pracy tokarek walcowych CNC.

To samo rozumowanie ma zastosowanie, gdy jedna część wymaga zarówno toczenia, jak i frezowania. Precyzyjna tokarka walcowo-walcowa, która wykonuje obie operacje w jednym ustawieniu, eliminuje ryzyko wyrównania podczas przenoszenia ciężkiego komponentu między maszynami i często zwraca różnicę w cenie w ciągu pierwszego roku dzięki zmniejszonej obsłudze i mniejszej liczbie odrzuconych części.

Konkluzja

Tokarka CNC sprowadza się do współpracy trzech rzeczy: wrzeciona, które obraca obrabiany przedmiot, prowadnic z serwonapędem, które pozycjonują stacjonarne narzędzia bez dryfu, oraz układu sterowania, który utrzymuje zaprogramowaną ścieżkę od pierwszej części do ostatniej. Wybierz maszynę 2-osiową do prostych okrągłych części, dodaj oprzyrządowanie napędzane, gdy funkcje się mnożą, i przejdź na wytrzymałe platformy z rolkami, gdy części ważą tony, a tolerancje nadal są odczytywane w setnych milimetra. Najpierw dopasuj maszynę do przedmiotu obrabianego, a następnie do broszury, a inwestycja zwróci się w partiach, które będą wychodzić z maszyny za każdym razem w tym samym rozmiarze.