Повышение точности обрабатываемых деталей, уменьшение припуска на обработку и времени изготовления изделия являются главными преимуществами ВСО, использование которых требует вложения немалых средств. Поэтому необходимо тщательно выбирать шпиндель, патрон, инструмент, CAM-систему, и самое главное – станок, ведь пренебрежение хотя бы одним из этих составляющих способно свести на нет все предыдущие усилия.
Выбор станка и шпинделя. Постоянно совершенствуются уже разработанные и появляются новые модели высокопроизводительных и высокоскоростных токарно-фрезерных и других станков, позволяющих реализовывать недостижимые ранее параметры режимов резания. Например, станки с модульной конструкцией, позволяющей при минимальных временных затратах получить станок под заданную технологию и безболезненно модифицировать ее при необходимости. Из производителей у нас наиболее популярен Тайвань (в составе Китая) – объем ввезенного оборудования на территорию России 670 единиц, и Китай – 525. Выигрывают они только за счет цены, так как сервисное обслуживание, качество материалов, точностные характеристики станка неудовлетворительны.
Для ВСО главным критерием в выборе станка является, во-первых, его жесткость. Предпочтителен станок с портальной конструкцией, а не консольной (она лучше демпфирует вибрации), с тяжелой станиной и легкими, но жесткими движущимися частями.
Во-вторых, скорость обработки и перемещений. Высокоскоростной шпиндель характеризуется: пиковой и непрерывной мощностью, максимальной осевой и радиальной нагрузкой, типом и размером инструментальной оправки, способом работы с устройством смены инструмента. Так как при одинаковой мощности, чем выше скорость вращения, тем ниже крутящий момент, то приходится искать компромиссы, такие как мотор-шпиндель или комбинированный шпиндель, так называемый «дуплекс», в корпусе которого размещены два электродвигателя. Размещенные эксцентрично два вала (по одному на каждый двигатель) могут вращаться совместно или раздельно. Вращение каждого из валов независимо контролируется системой ЧПУ. Такая конструкция позволяет работать, например, с частотой вращения шпинделя до 10000 об/мин и обеспечением большого крутящего момента. В то же время, например, для окончательной обработки, шпиндель может развивать частоту вращения 30 000 об/мин.
Шпиндели с высокими оборотами, как правило, имеют меньший диаметр подшипников, следовательно, и допустимая нагрузка на них ниже. Существует две принципиально разных конструкции подшипников: контактные (шариковые, роликовые) и бесконтактные (пневматические, гидравлические). Выбор типа подшипников, их количества, расположения и метода смазки зависит преимущественно от принятой для станка максимальной частоты вращения шпинделя, при этом необходимо помнить о том, что подшипник – первый компонент, который выходит из строя.
А в плане скорости перемещений, предпочтителен станок с линейными направляющими. Классическое построение оси подачи осуществляется при помощи стандартного электродвигателя (с вращающимся ротором), механической передачи винт-гайка (шариковинтовая пара – ШВП), обеспечивающей преобразование вращения в продольное перемещение, и рабочего органа – суппорт, каретка. Такое построение обладает высоким усилием подачи, но при этом имеет низкую динамику перемещений, упругие деформации, высокий износ сопрягаемых элементов, что ведет к потере первоначальной точности. С учетом малых величин перемещений при постоянной смене направления движения для ВСО оптимальным является электропривод на основе линейного двигателя. Его конструкция меньше и проще за счет отсутствия вращающихся частей, выше точность позиционирования, так как отсутствуют люфты и вибрации, и шире диапазон рабочих температур, так как не нужно учитывать тепловое расширение винта, выше скорость и допустимые линейные ускорения, так как нет ограничений на частоту вращения винта и гайки.
Также важна скорость позиционирования инструмента для новой обработки или перемещения его для замены, так называемое паразитное время, которое может составлять до 20% всего цикла (при обработке алюминия). Высокие скорости замены инструмента и позиционирования шпинделя в сочетании с высоким ускорением/ замедлением – основные требования для современного обрабатывающего центра, ориентированного на высокоскоростную обработку легких сплавов.
В-третьих, точность станка, а также возможность полностью обработать деталь за один технологический установ. На пятиосевых фрезерных станках можно фиксировать поворотный стол (две оси, так называемый «стол-люлька») и выполнять позиционную (3+2) обработку. Это позволяет существенно повысить скорость и точность фрезерования: если при непрерывном пятиосевом фрезеровании точность составляет порядка 10-11 мкм, то при позиционном достижима точность в 4-5 мкм. Пятиосевой фрезерный или многозадачный станок позволит получать детали сложной пространственной конфигурации из цельного куска металла, так как он обеспечит доступ к разным сторонам детали с одной установки и позволит ориентировать плоские элементы детали по нормали к шпинделю, что даст возможность использовать торцевые или концевые фрезы для обработки плоскостей и отверстий (рис. 2). Если для обработки использовать трехосевое оборудование, то деталь придется обрабатывать на станке в несколько технологических установов, что сопряжено с проблемами базирования.
Обязательно нужно обратить внимание на базовую комплектацию станка и его дополнительное оснащение, подобрать соответствующие комплектующие. Например, для большого станка незаменим электронный маховичок HR 550FS (Heidenhain) для беспроводного управления станком