Поворотний стіл з ЧПК – це прецизійний робочий-пристрій позиціонування, який встановлюється на фрезерний верстат з ЧПК, обробний центр або шліфувальний верстат і додає керовану вісь обертання -, яку зазвичай позначають A, B або C, залежно від її орієнтації - до існуючих лінійних осей X, Y і Z верстата. Простіше кажучи, він утримує деталь і повертає її до точних кутових положень під керуванням програми, тому ріжучий інструмент може обробляти деталі на кількох гранях, по колу або вздовж вигнутої поверхні без оператора, який зупиняє верстат, розтискає деталь і вручну переміщує її. На відміну від ручної ділильної головки, яка лише індексує деталь до фіксованих кутів і не може рухатися, поки різець увімкнено, поворотний стіл з ЧПК може обертатися безперервно та одночасно з лінійними осями, що робить його здатним як до простого індексування, так і до повного багато-осевого контуру. Це один із найпоширеніших і економічно-ефективних способів розширення можливостей стандартного три-осьового обробного центру, і він став стандартним аксесуаром у майстернях, що виготовляють прес-форми, у виробників аерокосмічних і медичних компонентів, а також у-серійних виробництвах.
Фізично поворотний стіл з ЧПК складається з круглого робочого столу, встановленого на прецизійних підшипниках, системи приводу, яка обертає стіл, пристрою зворотного зв’язку за положенням (зазвичай ротаційний енкодер або кругла ґратчаста шкала), затискного або гальмівного механізму для жорсткого фіксування столу під час важких різів, а також корпусу, який кріпиться до столу верстата або інтегрується в конструкцію верстата. Стіл має T-прорізи або прецизійний отвір для фіксації заготовки, а центр обертання вирівняно відповідно до системи координат верстата, щоб ЧПК міг розрахувати точне положення інструменту відносно обертової частини. Розміри варіюються від маленьких 100-мм столів для делікатних медичних і електронних компонентів до багатометрових столів для великих аерокосмічних конструкцій, обладнання для виробництва електроенергії та компонентів важкої техніки. Вибір розміру, типу приводу та класу точності повністю залежить від деталей, що обробляються, і необхідних допусків.
Як це працює: черв'ячна передача проти прямого приводу
Система приводу – це те, що визначає точність, швидкість, жорсткість і ціну поворотного столу, і сьогодні широко використовуються два принципово різні підходи. Традиційною і все ще найпоширенішою конструкцією є черв'ячний привід: серводвигун обертає черв'ячний гвинт, який зачіпається з черв'ячним колесом, прикріпленим до поворотного столу, забезпечуючи велике зниження передачі, що забезпечує високий крутний момент і високу кутову роздільну здатність. Черв'ячні редуктори міцні, відносно недорогі та здатні витримувати великі навантаження та великі сили різання, що робить їх робочою конячкою загального машинобудування та важкої промисловості. Їх обмеженням є механічний люфт - невеликий зазор між черв’яком і зубами черв’ячного колеса -, який необхідно мінімізувати за допомогою точного виготовлення, попереднього натягу та іноді подвійних-черв’якових конструкцій. Навіть при ретельному попередньому навантаженні з часом залишається деякий залишковий люфт і знос, а тертя в зубчастій передачі обмежує максимальну швидкість обертання та динамічний відгук. Для більшості робіт із індексуванням і середньо{8}}швидкісним контуром добре-зроблений черв’ячний стіл є цілком достатнім і є найкращим.
Новий і високопродуктивний підхід – це двигун із прямим-приводом, який часто називають DDR. У столі з прямим-приводом двигун із постійним магнітом із високим-крутним моментом встановлений безпосередньо на осі обертання, при цьому ротор двигуна прикріплений до самого столу, а статор закріплений на корпусі - між двигуном і столом немає редуктора, ременя чи з’єднання. Це повністю усуває люфт, усуває тертя та знос трансмісії та забезпечує надзвичайно високий динамічний відгук: стіл може прискорюватися та сповільнюватися майже миттєво, досягати високих швидкостей обертання та утримувати положення з надзвичайною жорсткістю. Зворотний зв’язок за положенням – це, як правило, кругла решітка з високою-роздільністю (часто з роздільною здатністю до-кутової секунди), встановлена безпосередньо на осі обертання, що забезпечує повний{10}}контроль замкнутого циклу фактичного положення столу, а не положення двигуна. Столи з прямим-приводом є стандартом для високошвидкісної-п’яти{14}}механічної обробки, точних прес-форм і штампів, компонентів аерокосмічних турбін, медичних імплантатів і будь-яких застосувань, де потрібен плавний, точний, одночасний обертальний рух. Їх компроміс полягає в вищій вартості та, в деяких конструкціях, нижчому безперервному крутному моменті, ніж у черв’ячних передач такого ж розміру, хоча сучасні конструкції моментних двигунів значно скоротили цей розрив. Третій, спеціалізований варіант — це-індексаційний стіл із шестернею або муфтою Хірта, який використовує пару прецизійних-оброблених торцевих шестерень для фіксації столу у фіксованих кутових положеннях із надзвичайною точністю та жорсткістю - ідеально для обробки з індексом із високим-силом, але не здатний до безперервного обертання.
Поворотні столи 4-ї та 5-ї осі
Поворотні столи з ЧПК широко класифікуються за кількістю осей обертання, які вони забезпечують, і це визначає, який тип обробки вони дозволяють. Поворотний стіл із 4-осі забезпечує одну вісь обертання - зазвичай це вісь A- (обертається навколо осі X-), якщо встановлено горизонтально на вертикальному обробному центрі, або вісь C- (обертається навколо осі Z-), якщо встановлено вертикально -, і це, безумовно, найпоширеніший типу. Завдяки 4-й осі три{11}}осьовий верстат може обертати деталь, щоб обробляти деталі з кількох сторін, свердлити радіальні отвори навколо циліндра, вирізати зуби або шліци, фрезерувати гвинтові канавки та профілі кулачків, а також обробляти будь-яку деталь, яка вимагає орієнтації деталі під кутом. Основним обмеженням 4-ї осі є те, що інструмент може підходити до деталі лише з напрямків, перпендикулярних до осі обертання; він не може нахиляти деталь, щоб представити кутові або виточені поверхні для різця. Для призматичних деталей із елементами на чотирьох або п’яти сторонах, циліндричних деталей і компонентів, які вимагають обробки по окружності, 4-а вісь зазвичай є достатньою та забезпечує найкращу віддачу від інвестицій.
Поворотний стіл із 5-осі -, точніше називається 5-обертовим столом або цапфовим столом -, має дві осі обертання, як правило, вісь нахилу (A або B) і вісь обертання (C), встановлені разом, щоб заготовку можна було як нахиляти, так і обертати. Це дає ріжучому інструменту доступ практично до кожної поверхні деталі в одній установці, уможливлюючи обробку складних тривимірних поверхонь, таких як турбінні лопаті та робочі колеса, порожнини прес-форм і матриць, аерокосмічні структурні компоненти, медичні імплантати та будь-які деталі зі складними кутами чи виточками. У повністю одночасному п’яти{10}}режимі всі п’ять осей (X, Y, Z і дві поворотні осі) рухаються одночасно, дозволяючи фрезі слідувати складній тривимірній траєкторії, зберігаючи оптимальний кут різання -, що неможливо на три- або чотирьох-верстах. П’яти{15}}обертові столи мають кілька конфігурацій: цапфові-столи, де деталь утримується між двома опорами та обертається на нахиленій осі, вбудовані-в п’яти-верстати, де поворотні осі є частиною конструкції верстата, і додаткові-п’яти-осьові столи, які монтуються на стандартна три-машина. Додавання п’яти-столу до наявного три-верстата є звичайним способом отримати п’яти-можливості за незначну частину вартості нового п’ятиосьового обробного центру, хоча це вимагає особливої уваги до ходу машини, зазору та сумісності системи керування.
Основні характеристики продуктивності
Під час оцінки поворотного столу з ЧПК кілька специфікацій визначають, чи буде він працювати належним чином для певного застосування, і їх розуміння запобігає поширеній помилці покупки лише на основі діаметра столу. Точність позиціонування (або точність індексування) — це максимальна різниця між заданим кутовим положенням і фактичним положенням столу, виміряна в кутових секундах (одна кутова секунда дорівнює 1/3600 градуса). Столи-черв’ячних передач загального призначення зазвичай досягають від ±10 до ±30 кутових секунд; прецизійна черв’ячна передача або столи з прямим-приводом досягають від ±2 до ±5 кутових секунд; і надточні столи з прямим-приводом із високою{12}}роздільністю круглих ґрат можуть досягати ±1 кутової секунди або краще. Повторюваність — це здатність таблиці неодноразово повертатися в одне й те саме положення, і для виробничої роботи вона часто важливіша за абсолютну точність - таблиця з хорошою повторюваністю може компенсувати невеликі систематичні похибки, тоді як таблиця з поганою повторюваністю ні. Таблиці точності зазвичай пропонують повторюваність від ±0,5 до ±2 кутових секунд.
Люфт, величина люфта в приводі, коли напрямок змінюється, є критичною специфікацією для столів черв’ячних передач і фактично дорівнює нулю для столів із прямим-приводом. Надмірний люфт спричиняє помилки позиціонування, коли стіл змінює напрямок, що видно як очевидні сліди на заготовці або невідповідні елементи в точці розвороту. Максимальна швидкість обертання визначає, чи може стіл підтримувати швидкість подачі, необхідну для високошвидкісного формування контурів - черв’ячні редуктори часто обмежуються 20–100 об/хв, тоді як столи з прямим-приводом можуть досягати кількох сотень об/хв або більше. Навантажувальна здатність, як статична (вага, яку стіл може витримати в нерухомому стані), так і динамічна (вага, яку він може точно позиціонувати під час обертання та прискорення), має перевищувати вагу заготовки разом із пристосуванням із запасом безпеки. Діаметр столу визначає максимальний розмір заготовки, а висота центру (відстань від столу верстата до центру обертання) має бути сумісною з ходом осі Z-верстата та довжиною інструменту. Крутний момент затиску, утримуюча сила гальма столу в заблокованому стані, визначає, яку силу різання може витримати стіл під час обробки з індексом без зміщення. Нарешті, сумісність із ЧПК верстата - Fanuc, Siemens, Mitsubishi, Heidenhain або іншими - та наявність правильного приводу осі, інтерфейсу зворотного зв’язку та функцій коду M- для затискання/розтискання є важливими, про що часто не звертають уваги до встановлення.
Чому це важливо: багато{0}}обробка торців за одне налаштування
Основна причина, чому поворотні столи з ЧПК мають значення, полягає в тому, що вони дозволяють обробляти кілька поверхонь деталі в одній установці, і це має каскадні переваги щодо точності, продуктивності та вартості. Розглянемо простий прямокутний блок, який потребує фрезерування, свердління та нарізання мітчиків на всіх чотирьох бічних гранях плюс на верхній. На стандартному три{2}} верстаті оператор обробляє верхню та одну сторону, потім зупиняє машину, розтискає деталь, перевертає її на наступний бік, вказує на неї, знову затискає та запускає наступну програму -, повторюючи це для кожної сторони. Кожне повторне-кріплення призводить до невеликої помилки позиціонування: деталь може бути зміщена на кілька мікрон, злегка повернута або затиснута з нерівномірним тиском. Ці помилки накопичуються в налаштуваннях, тому зв’язок між елементами на різних гранях - перпендикулярність отворів, паралельність протилежних граней, точність розташування поперечних-отворів - погіршується з кожним повторним-затисканням. Для деталей із жорсткими геометричними допусками ці накопичені похибки можуть означати різницю між відповідною деталлю та брухтом. З поворотним столом по 4-осі деталь закріплюється один раз, а стіл повертається, щоб кожна грань була представлена різаку. Усі деталі обробляються за допомогою однієї установки, тому геометричне співвідношення між кожною поверхнею зберігається з точністю верстата та поворотного столу - немає накопичених помилок налаштування. Ось чому поворотні столи є важливими для деталей, які вимагають допусків справжнього положення, перпендикулярності або паралельності на кількох гранях, таких як гідравлічні колектори, корпуси коробки передач, корпуси клапанів і структурні аерокосмічні компоненти.
Окрім точності, обробка з одноразовою-налаштуванням значно скорочує тривалість циклу та вартість праці. Час, витрачений на зупинку верстата, відкриття дверцят, розтискання, повторне-кріплення, індикацію та повторне затискання, є не-продуктивним часом -, він може легко додати від 5 до 15 хвилин на кожну сторону, а для деталі з п’ятьма сторонами це півгодини або більше простою машини на деталь. У високо-виробничому середовищі цей час простою безпосередньо призводить до нижчого використання машин і вищих витрат на деталь. З поворотним столом обертання від однієї поверхні до іншої займає секунди, і машина працює безперервно від першої операції до останньої. Це також звільняє оператора, щоб обслуговувати інші машини, виконувати перевірку або готувати наступну роботу, а не бути прив’язаним до однієї машини для повторного -ремонту. Для виробничих цехів, які виконують невеликі партії складних деталей, скорочення часу на налаштування часто є найпереконливішою перевагою: деталь, яка раніше вимагала п’яти налагоджень і півдня машинного часу, тепер може бути завершена за одну настройку та незначну частину часу, що робить цех більш конкурентоспроможним у цінових пропозиціях і швидше при доставці.
Комплексна геометрія та одночасна обробка
Хоча багато-індексування граней є найпоширенішим використанням поворотних столів, їх найпотужнішою можливістю є одночасна багато{1}}осьова обробка -, що обертає заготовку під час руху лінійних осей, тому різець слідує складній три-вимірній траєкторії інструменту. Саме це дає змогу виробляти деталі, які були б неможливими або, принаймні, надзвичайно складними та потребували-часу, на три-машині. Класичним прикладом є лопатка або робоче колесо турбіни: скручена, вигнута поверхня аеродинамічного профілю з різною товщиною та складними кутами, де різець повинен підтримувати точний кут до поверхні в кожній точці, щоб уникнути жолоблення та досягти необхідної якості поверхні. Обробка лопатки турбіни на три-осьовій машині вимагала б десятків налаштувань, кожна з яких представляла б невелику частину поверхні для різця, і навіть тоді поверхня була б гранована та потребувала б ретельного ручного полірування. На п’яти{11}}верстаті з поворотним столом лезо фіксується один раз, і різець слідує всій поверхні по безперервній траєкторії інструменту, тоді як стіл обертається та нахиляється, щоб підтримувати оптимальний кут різання -, створюючи точну гладку поверхню за частку часу.
Інші деталі, які залежать від одночасної ротаційної обробки, включають порожнини прес-форми та матриці зі складними 3D-поверхнями, де обробка по п’яти-осьах дозволяє використовувати коротші та жорсткіші різальні інструменти (оскільки головка може нахилятися, щоб досягти глибоких порожнин без довгого розширення інструменту), зменшуючи прогин інструменту та покращуючи обробку поверхні та термін служби інструменту. Компоненти аерокосмічної конструкції - ребра, лонжерони та кронштейни з кишенями, нахилами та кутовими елементами - обробляються швидше й точніше на п’яти-осному обладнанні. Медичні імплантати, як-от протези кульшового та колінного суглобів, зубні опори та спинальні імплантати, мають складні органічні форми, які потребують п’яти{7}}контурів, щоб відповідати анатомії пацієнта та досягти точної обробки поверхні, необхідної для біосумісності. Навіть у режимі чотирьох-осьів одночасна обробка забезпечує гвинтову інтерполяцію (нарізання гвинтової канавки або різьби шляхом обертання деталі під час переміщення осі Z-), обробку циліндричним кулачком, нарізання черв’ячних передач і фрезерування спіральних канавок на свердлах і торцевих фрезах. Для виробників, які виготовляють будь-які з цих типів деталей, поворотний стіл не є додатковим аксесуаром - це технологія, яка дозволяє виготовляти деталь за конкурентоспроможною ціною.
Точність, повторюваність і постійність якості
У точному виробництві якість кожної деталі настільки ж хороша, як і найменш точна ланка в технологічному ланцюгу, а для деталей з кутовими або окружними особливостями поворотний стіл часто є критичною ланкою. Високоякісний-обертовий стіл із кутовою{2}}точністю позиціонування та до-кутовою повторюваністю гарантує, що кожен отвір, просвердлений під кутом, кожен виріз зуба шестерні, кожен паз, відфрезерований по колу, і кожна поверхня, оброблена під складним кутом, розташовується саме там, де це передбачено програмою - частина за деталлю, партія за партією. Ця узгодженість є важливою для взаємозамінних деталей у вузлах: якщо коло болта на фланці індексується з похибкою ±30 кутових секунд на одній частині та ±5 кутових секунд на іншій, отвори можуть не збігатися в зборі, і деталі не будуть взаємозамінними. У великому-виробництві автомобільних, гідравлічних і пневматичних компонентів, де деталі потрібно збирати без підгонки вручну, узгодженість позицій, що забезпечується прецизійним поворотним столом, є необхідною умовою процесу.
Повторюваність особливо важлива у виробництві, оскільки вона безпосередньо впливає на здатність процесу - статистичну міру того, чи може процес постійно підтримувати допуск. Поворотний стіл із поганою повторюваністю створює випадкову кутову зміну, яку неможливо компенсувати зміщенням програми, і ця зміна проявляється як розкидані позиції отворів, нерівномірний відстань між зубцями шестерні або невідповідність поверхонь між деталями. Таблиця з відмінною повторюваністю, навіть якщо її абсолютна точність трохи нижча, дозволяє налаштувати процес за допомогою єдиного зсуву, а потім виконувати його послідовно, забезпечуючи високий Cpk (індекс можливостей процесу) і низький рівень браку. Ось чому багато виробників прецизійної техніки вказують повторюваність як основний критерій під час вибору поворотного столу, і чому вони інвестують у столи з прямим-приводом із зворотним зв’язком круглої решітки з високою-роздільністю, навіть якщо дешевший стіл із черв’ячними передачами може відповідати номінальним вимогам точності. За час виробничого циклу скорочення брухту, переробки та часу на перевірку завдяки більш повторюваному столу значно переважує вищу ціну покупки.
Продуктивність, автоматизація та вплив на вартість
Фінансове обґрунтування поворотного столу з ЧПК базується на трьох стовпах: скорочений час налаштування, скорочення обробки деталей і праці, а також здатність виконувати складнішу й-роботу з вищою прибутковістю. Зменшення часу налаштування вже обговорювалося - заміна кількох ручних налаштувань одним автоматичним обертанням може скоротити не-час різання на деталь на 50% або більше, безпосередньо збільшуючи використання машини та продуктивність. У ательє, де для невеликих партій домінує час на підготовку, це може означати різницю між заробітком грошей на роботі та його втратою, і це дозволяє цеху пропонувати більш конкурентоспроможні пропозиції та вигравати роботу, яка інакше була б передана більшому конкуренту. Зменшення кількості деталей однаково важливо: щоразу, коли оператор знімає деталь,-закріплює її знову та завантажує назад у машину, існує ризик пошкодження, зміщення та травмування -, особливо важких або незручних деталей. Поворотний стіл усуває більшу частину цього поводження, підвищуючи безпеку на робочому місці та зменшуючи ймовірність пошкодження деталей, що призводить до утилізації.
Автоматизація є третьою опорою. Поворотні столи за своєю суттю сумісні з роботами для завантаження та зміни палет, оскільки деталь один раз закріплюється на поворотному столі (або на встановленому на ньому піддоні), а потім повністю обробляється. Це значно полегшує обробку без нагляду або без{2}}світла: робот завантажує заготовку на поворотний стіл, машина виконує повну програму, включаючи всі обертові операції, і робот вивантажує готову деталь - без втручання оператора, щоб перевернути чи повторно-закріпити деталь у-циклі. Для виробників, які випускають-деталі великого обсягу, це може подвоїти або потроїти ефективну продуктивність машини, дозволяючи їй працювати в перерви, ночі та вихідні. Нарешті, поворотний стіл розширює спектр робіт, які може виконувати майстерня. Деталі, які вимагають кутових отворів, багато-обробки, гвинтових елементів або 3D-поверхонь - роботи, які раніше були б відхилені або відправлені до спеціаліста -, стають можливими на стандартному обробному центрі з доданим поворотним столом. Це розширення можливостей часто відкриває абсолютно нові сегменти клієнтів і підвищує-рентабельність роботи, роблячи поворотний стіл одним із-найвищих{16}}окупних інвестицій, які може зробити машинний цех.
Вибір правого поворотного столу
Вибір правильного поворотного столу з ЧПК вимагає відповідності можливостей столу конкретним частинам і процесам, а не просто покупки найбільшого чи найдорожчого столу. Перше питання полягає в тому, який тип роботи виконуватиме стіл: чисте індексування (обертання до фіксованих кутів, а потім затискання для різання) потребує жорсткого, точного столу з міцним затискачем, але висока швидкість обертання та динамічний відгук менш важливі - хороший стіл із черв’ячною передачею є ідеальним і-рентабельним. Одночасне контурування (обертання під час різання, особливо для 3D-поверхонь) вимагає плавного-руху без люфту, високої динамічної реакції та точного зворотного зв’язку щодо позиції - стіл із прямим-приводом зазвичай є правильним вибором або високо-високоточний стіл із черв’ячною передачею з попереднім навантаженням для менш вимогливого контуру. Друге питання стосується підрахунку осей: чи буде 4-та вісь обробляти деталі, чи потрібна справжня 5{12}}можливість осі? Багато магазинів, які перевищують{13}}купують можливості п’яти-осі, тоді як 4-та вісь виконає 80% їхньої роботи за половину вартості, тоді як інші менше{18}}купують і потім виявляються нездатними взятися за складну 3D-роботу – рішення має ґрунтуватися на фактичному складі деталей, а не на майбутніх спекуляціях.
Розмір і вантажопідйомність повинні відповідати найбільшій деталі та пристосуванням, які міститиме стіл, із запасом безпеки 20–30% для динамічних навантажень під час прискорення. Діаметр столу має відповідати деталі та пристосуванням без надмірного нависання, а висота центру має відповідати ходу осі Z-машини з найдовшим використовуваним інструментом. Вимоги до точності повинні обумовлюватися найнижчим кутовим допуском на деталі, при цьому точність таблиці принаймні в 3–5 разів перевищує допуск деталі (стандартне правило калібру). Перед купівлею необхідно перевірити сумісність із системою керування: стіл має підтримуватися керуванням ЧПК верстата з правильним приводом осі, сигналом зворотного зв’язку та функціями M-коду для затискання/розтискання, а також верстат має мати доступний привод осі та достатню кількість пам’яті та можливість прогнозувати-наперед для одночасних багато{10}}програм осі. Обмірковування встановлення - проводка кабелю, захист охолоджуючої рідини, евакуація мікросхем, а також те, чи буде стіл постійно встановленим або переміщеним між машинами - також впливають на вибір. Нарешті, після{15}}продажна підтримка, наявність запасних частин, послуги калібрування та репутація виробника щодо якості та довговічності мають важити, оскільки поворотний стіл — це точний інструмент, який потребує періодичного обслуговування та повторного калібрування протягом терміну служби.
Висновок
Поворотний стіл з ЧПК – це набагато більше, ніж просто пристосування, яке обертає заготовку - це компонент, який перетворює три-верстат із обмеженої одно-платформи обробки на гнучку багато{3}}осьову виробничу систему, здатну виробляти складні високо-точні деталі в одній установці. Додавши керовану вісь обертання, це усуває накопичену помилку багаторазового повторного-кріплення, зберігає геометричну точність елементів на кількох гранях, дає змогу обробляти складні 3D-поверхні та гвинтові елементи, які інакше були б неможливі, і значно скорочує-непродуктивний час налаштування та обробки. Чи то черв’ячний редуктор, що забезпечує жорстке,-рентабельне індексування важких призматичних деталей, стіл двигуна з прямим-приводом, що забезпечує точність кутових секунд і високу{12}}швидкісну одночасну контурну форму для аерокосмічних і медичних компонентів, або п’яти{13}}осьовий цапфовий стіл, що розблоковує повну п’яти{14}}осі на наявному верстаті, поворотний стіл є одним із найбільших{15}}окупних інвестицій, які може зробити виробник. Це збільшує використання машин, зменшує робочу силу та брухт, забезпечує автоматизацію й-вимкнення виробництва, а також розширює спектр робіт, які може вигідно виконувати майстерня. Для будь-якого цеху, який прагне вийти за межі простої трьох{19}}обробки, підвищити точність і узгодженість деталей і конкурувати за більш складну й-вартісну роботу, додавання правильного поворотного столу з ЧПК часто є найефективнішим доступним оновленням.
