Для производства любой — даже самой простейшей — детали необходимо выполнить ряд технологических операций. К примеру, фрезерование мебельного фасада складывается из раскроя заготовки, обработки краёв листа, углов и торцевых поверхностей, выполнения отверстий и декоративной насечки и т. п. Чем сложнее готовое изделие, тем больше операций будет присутствовать в технологической цепочке. В промышленном производстве на каждую операцию могут задействоваться различные узкоспециализированные станки. Однако для мелкосерийного или единичного выпуска выгоднее использовать универсальное оборудование.
Но даже если производство изделий выполняется на универсальном станке (к примеру, фрезерном с ЧПУ), нетрудно догадаться, что обработка различных поверхностей, выполнение отверстий, а также черновые и чистовые этапы потребуют различный инструмент (набор фрез). Смена фрез может осуществляться вручную — тогда после каждого этапа, оборудование необходимо останавливать, а инструментальный портал отводить на безопасную высоту (в нейтральное положение). Затем нужно вновь осуществлять подвод инструмента к заготовке, а ведь каждый холостой ход затрачивает энергию и время, снижая темп выпуска изделий и в конечном итоге — прибыль предприятия. В итоге ручная замена инструмента для универсального станка с ЧПУ оказывается «слабым звеном», сужая возможности оборудования.
Принципиальная конструкция механизма смены инструмента
Для расширения технологических возможностей оборудования сравнительно давно была разработана система автоматической замены инструмента. В простейшем случае такой механизм представляет собой вращающийся барабан (т. н. «револьверную головку») с магазином на несколько инструментов. Перед обработкой детали, каждый «карман» магазина загружается инструментом своего типа — в результате получается набор, необходимый для данного техпроцесса. А когда происходит смена технологической операции (к примеру, окончание чернового этапа фрезерования и переход к чистовому — с фрезой меньшего диаметра), револьверная головка поворачивается и в дело вступает другой инструмент.
Особенности автозамены инструмента для современных станков с ЧПУ
Для высокоскоростных фрезерных станков с ЧПУ необходимо обеспечить минимальную массу подвижных деталей. В случае если инструментальный портал будет тяжёлым, при его быстром перемещении возникнут значительные инерционные нагрузки. Гашение этих нагрузок и борьба с возникающими вибрациями потребуют «запредельной» жёсткости несущей станины, но даже эти меры не позволят обеспечить высокую скорость и качество обработки — уже не говоря о напрасном расходе металла и утяжелении конструкции станка. Именно поэтому, система автоматической смены инструмента для вертикально-фрезерного станка с ЧПУ имеет принципиально иную конструкцию (в отличие от «классических схем с револьверной головкой, применяемых, к примеру, в токарных станках).
Прежде всего, цанговый патрон и шпиндель представляют собой два отдельных узла. Шпиндель оснащён механизмом автозахвата, а фреза устанавливается в цангу и затягивается в цанговом патроне, представляющем собой автономный «конус». Набор таких сменных «конусов»-патронов располагается в специальной стойке с краю рабочего стола (т. н. линейный магазин смены инструментов). В каждый патрон устанавливается собственная фрезера, так что в итоге получается набор из 6-8 инструментов (в зависимости от конкретного исполнения системы) различного типа. По команде системы ЧПУ шпиндель подходит к стойке и в автоматическом режиме захватывает и закрепляет «конус» с нужным инструментом (их порядок, как и тип фрезы для конкретного патрона задаётся в настройках станка и не должен меняться в процессе работы). «Взяв с собой» нужный инструмент, шпиндель выдвигается в текущую нулевую точку заготовки и начинает фрезерование.
Благодаря тому, что инструментальный портал не перемещает весь магазин инструментов, он имеет ту же массу, что и станок без механизма смены инструмента. Следовательно, скорость и точность обработки не уступают более «простым» моделям, а возможность автозамены инструмента существенно расширяет возможности оборудования.
Вместо горизонтальной стойки, сменные патроны могут располагаться на вращающейся головке, перемещающейся вместе с инструментальным порталом. В этом случае замена инструмента будет происходить быстрее (за счёт близкого расположения шпинделя и магазина инструментов). Однако такая схема применяется в основном для больших промышленных станков с мощными шпинделями и большой массой инструментального портала (так что добавка веса за счёт дополнительной револьверной головки с инструментом сравнительно невелика).
Однако для малых станков должно соблюдаться вышеописанное правило — не утяжелять подвижный инструментальный портал и шпиндель весом набора инструментов, а по мере необходимости загружать их «извне» (с неподвижной стойки).
Особенности системы управления Syntec
Многие известные производители выбирают для своих моделей фрезерных станков ЧПУ Syntec (Тайвань). Данная система зарекомендовала себя надёжной и точной, устойчивой к помехам и сбоям. Система позволяет в широком диапазоне регулировать скорость и ускорение движения инструментального портала по всем координатным осям, величину подачи и частоту вращения шпинделя, а также задавать тип фрезы для каждого патрона из набора инструментов (при использовании механизма автосмены инструмента). Полезной особенностью системы является возможность сохранения в памяти запущенных ранее программ и их повторной активации (вместе с загрузкой настроек оборудования), что существенно упрощает процесс серийного выпуска изделий.
Как правило, стойка управления Syntec представляет собой полноценный «командный центр» и позволяет управлять всеми функциями фрезерного станка без необходимости подключения персонального компьютера.