Технологические возможности станков с ЧПУ в настоящее время стали гораздо шире, помимо этого возрос уровень автоматизации их управления. Первоначально были разработаны и широко применялись станки с ЧПУ разного назначения (токарные, фрезерные, сверлильные, расточные, шлифовальные и др.). Особенностью этих станков были, как правило, обычные, ранее имеющиеся технологические возможности. Затем по мере развития и совершенствования систем ЧПУ, применения для их построения программируемых (микропроцессорных) устройств ЧПУ стали разрабатываться ранее невыпускаемые многоцелевые станки, имеющие очень широкие технологические возможности и более высокий уровень автоматизации управления.
В рамках увеличения технологических возможностей станков с чпу, например, токарные многоцелевые станки могут иметь одну, две и даже три револьверные головки с большим количеством разнообразных инструментов (резцов, сверл, зенкеров, фрез, метчиков и др.). В револьверных головках могут устанавливаться вращающиеся инструменты с самостоятельным приводом. Шпиндель станка, кроме обычного вращения, может иметь управляемый поворот по координате С. На ряде станков для расширения технологических возможностей стали устанавливать еще дополнительно противошпиндель.
На рис. 1 показана последовательность обработки заготовки 5 при ее установке в патроне основного шпинделя 1 и в патроне противошпинделя 3, который имеет перемещения по координате R. Обработка производится инструментами, установленными на верхней 2 и нижней 4 револьверных головках, перемещающихся на суппортах по координатам X, Z, U и W.
Рис. 1. Последовательность обработки заготовки на станке с двумя револьверными головками и противошпинделем: α — установка заготовки в шпиндель станка; б — обтачивание заготовки с револьверной головки 2; в — подрезка с револьверной головки 4; г — перехват заготовки в противошпиндель 3
Пример расширения технологических возможностей станков с чпу и обработки заготовки 4 на токарном многоцелевом станке фирмы Hommel (Германия), имеющем три револьверные головки 1, 2 и 3 (первая не имеет перемещений, вторая и третья перемещаются по координатам X, Z, U и W), показан на рис. 2. Противошпиндель здесь отсутствует. Обработка заготовки с другой стороны производится при ее зажиме в патроне на револьверной головке 2.
Рис. 2. Последовательность обработки заготовки на станке с тремя револьверными головками: α — обтачивание заготовки с револьверной головки 2; б — зажим заготовки в револьверной головке 4 и ее отрезка с револьверной головки 3; в — обработка заготовки осевым инструментом с револьверной головки 1
Ряд фирм для расширения технологических возможностей станка и повышения производительности выпускают двухшпиндельные токарные станки с ЧПУ. При наличии управляемого поворота по координате С и независимых суппортов с револьверными головками на каждый шпиндель такие станки имеют также достаточно широкие технологические возможности.
Для обработки корпусных заготовок широко применяются многоцелевые станки с горизонтальной компоновкой шпинделя, с поворотным столом, с управлением по четырем координатам (X, Y, Z, B) и с автоматической сменой большого количества различных режущих инструментов. В этом случае станок имеет широкие технологические возможности для обработки заготовки с четырех боковых сторон. В том случае, когда необходима обработка и с верхней (пятой) стороны заготовки, могут применяться станки с поворотной шпиндельной головкой (рис. 3).
В этом случае шпиндель 1, расположенный в головке 2, может при повороте на 180° занимать горизонтальное и вертикальное положения. Расфиксация и последующая фиксация шпиндельной головки производятся зубчатой муфтой 3.
Многоцелевые станки с вертикальной компоновкой шпинделя имеют, как правило, меньшие технологические возможности (управление по трем координатам X, Y, Z), чем предыдущие, и применяются для обработки плоских заготовок типа плит и фланцев. Здесь обработка производится в основном с одной стороны заготовки.
Рис. 3. Конструктивная схема поворотной шпиндельной головки
Расширение технологических возможностей станков с ЧПУ проводилось не только за счет большего количества выполняемых технологических переходов различными инструментами (рис. 4), но и за счет увеличения количества управляемых координат.
Рис. 4. Технологические переходы, выполняемые на многоцелевом станке: α — нарезание резьбы; б — контурное объемное фрезерование; в — фрезерование поверхности, расположенной под любым углом; г — фрезерование торцовой фрезой горизонтальной поверхности; д — сверление под любым углом; е — расточка; ж — фрезерование концевой фрезой
Особенно технологические возможности станка расширились за счет количества одновременно управляемых координат (см. рис. 5, б и рис. 6). Такие станки необходимы в основном для обработки сложных объемных заготовок с криволинейным профилем (часто только одним инструментом — фрезой). На этих станках имеется пять, а в некоторых случаях — шесть управляемых координат — три или четыре прямолинейные (X, Y, Z, W) и две поворотные (С и B(A)).
Рис. 5. Примеры многоцелевых станков: α - с горизонтальной компоновкой шпинделя; б - с вертикальной компоновкой шпинделя; 1 - шпиндель; 2 - крестовый стол; 3,4 - поворотные столы
Поворотные координаты может иметь шпиндельная бабка (см. рис. 6), или это реализуется при применении соответствующего стола. Иногда для получения двух поворотных координат на поворотный стол (координата В) ставят второй поворотный стол (координата С) (см. рис. 5, б). Необходимо отметить, что данные станки ЧПУ с увеличенными технологическими возможностями очень сложные и имеют высокую стоимость.
Рис. 6. Пример станка с ЧПУ с управлением по шести координатам
