Токарный центр или токарный станок с приводным инструментом: оси C и Y, противошпиндель, револьвер

Как называют эти станки и что за словами

Единой терминологии нет, поэтому в объявлениях под «токарным центром» встречаются три разные машины. Сначала нужно понять, о какой идёт речь.

В русском языке «токарный центр» чаще всего означает станок с ЧПУ, у которого в револьверной головке есть позиции с приводным инструментом, а шпиндель умеет поворачиваться на заданный угол. Это ось C. Станок с таким набором называют и «токарным станком с приводным инструментом», и «токарным обрабатывающим центром», хотя «обрабатывающим центром» строго говоря называют машину с автоматической сменой инструмента (чем центр отличается от фрезерного станка).

Отдельный класс — токарно-фрезерные центры. По описанию в статье о токарных станках на Википедии у них есть фрезерная голова под конус HSK или Capto, реже ISO или BT. В такой шпиндель можно поставить и фрезу, и токарный резец, поэтому один и тот же узел работает и вращающимся, и неподвижным инструментом. Инструмент меняет автоматический сменщик, револьвер на такой машине бывает, но встречается редко.

Автоматы продольного точения швейцарского типа (Swiss-style lathe) в эту классификацию не входят: у них пруток подаётся через направляющую втулку, а инструмент стоит перед ней. Ими занимается статья про выбор станка под деталь.

Какие бывают конфигурации

Ось C у разных станков устроена по-разному. На одних шпиндель только поворачивается на фиксированный шаг и зажимается тормозом, на других он управляется как полноценная ось и участвует в интерполяции. Для лысок хватает первого варианта, для пазов по спирали и для фрезерования на торце по контуру нужен второй.

Что такое приводной инструмент и чего от него ждать

Приводной инструмент — это сверло или фреза в державке револьвера, которая вращается собственным мотором, а не шпинделем детали. Привод даёт меньший момент и меньшую мощность, чем шпиндель фрезерного станка, поэтому режимы для него берут ниже, чем для обрабатывающего центра. Точные значения момента и оборотов приводных позиций лежат в паспорте станка и заметно отличаются у разных моделей, поэтому сравнивать модели по одним оборотам нельзя. Ориентир: в сталь такой инструмент берёт сверла и фрезы небольшого диаметра, а крупные фрезы с глубоким резанием ему не по силам.

Как фрезеруют на токарном станке, показывает принцип полярной интерполяции. Программист записывает контур на торце в обычных декартовых координатах X и Y, а система ЧПУ пересчитывает их в перемещение оси X и поворот оси C. Паз на цилиндре строят цилиндрической интерполяцией: боковую поверхность «разворачивают» на плоскость, и фреза по ней ходит по прямой. Функции называются по-разному: в Fanuc это G12.1 и G07.1, у Haas G112 и G107, в Sinumerik TRANSMIT и TRACYL. Название и условия включения всегда берут из руководства по программированию вашей стойки. Основы кода собраны в статье про G-код для начинающих.

Револьвер: VDI или BMT

Револьверная головка определяет, какой инструмент встанет на станок и насколько он будет жёстким. На практике встречаются два крепления.

• VDI (по DIN 69880). У державки цилиндрический хвостовик с зубчатой рейкой: он вставляется в гнездо, и шестерня замка протягивает его до упора. Размер определяется диаметром хвостовика, на небольших станках чаще всего 30 или 40 мм. Смена державки быстрая, но жёсткость ниже.
• BMT (Base Mount Turret). Державки крепятся к диску винтами и позиционируются шпонками. Передача момента на приводной инструмент и жёсткость лучше, но смена требует инструмента для гаек и больше времени.

Для деталей, где приводной инструмент работает мало, хватает VDI, он дешевле в оснастке. Если фрезеруют часто и в стали, смотрят на BMT. Число позиций в револьвере у станков этого класса обычно 8 или 12, но приводными бывают не все: перед покупкой спросите, сколько позиций приводные, и в каких гнёздах.

Расчёт: ось с лысками и поперечным отверстием

Деталь: ось из стали 45, диаметр 20 мм, длина 70 мм, обработка с обоих торцов, на одном конце две лыски под ключ 17 мм длиной 12 мм, поперечное отверстие диаметром 5 мм через ось. Масса заготовки (длина 72 мм): объём 22,6 см³, при плотности 7,85 г/см³ это 0,178 кг, при ориентире 90 ₽/кг получается 16 ₽ на деталь.

Допущения для расчёта (время и ставки условные, подставьте свои):

• Вариант А. Токарный станок с двумя осями (30 ₽/мин, то есть 1 800 ₽/ч) и вертикальный фрезерный станок (30 ₽/мин). Операции: точение первой стороны 1,2 мин плюс 0,5 мин на установку, переворот, вторая сторона 0,9 плюс 0,5, лыски 0,8 плюс установка 0,7, отверстие 0,3 плюс установка 0,8. Итого 3,1 мин на токарном и 2,6 мин на фрезерном. Наладка: токарный 60 и 45 мин, фрезерный 60 мин. Брак 2,5 %.
• Вариант Б. Токарный центр с осью C, приводным инструментом и противошпинделем (43,3 ₽/мин, то есть 2 600 ₽/ч). Первая сторона 1,2 мин, вторая 0,9, лыски 0,9, отверстие 0,4, загрузка 0,5. Итого 3,9 мин. Наладка 150 мин. Брак 0,8 %.

Для варианта А себестоимость детали без наладки: токарный 3,1 × 30 = 93 ₽, фрезерный 2,6 × 30 = 78 ₽, материал 16 ₽, брак 0,025 × (171 + 16) = 4,7 ₽. Всего 191,7 ₽. Наладка 4 950 ₽. Для варианта Б: станок 3,9 × 43,3 = 169 ₽, материал 16 ₽, брак 0,008 × (169 + 16) = 1,5 ₽. Всего 186,5 ₽. Наладка 6 500 ₽.

Порог равенства: разница наладок 1 550 ₽ делится на разницу переменной части 5,2 ₽ на деталь, получается около 300 штук. Вывод неочевиден: по цене станко-часа центр на такой простой детали не выигрывает. Его оправдывают другие вещи, которых в таблице нет: меньше людей занято, нет полуфабриката между операциями, лыски и отверстие привязаны к одной базе. Если чертёж даёт допуск расположения 0,05 мм между лыской и отверстием, то на двух станках его придётся добывать оснасткой и наладкой, а на центре он получается из установки. Станко-час на вашем участке считайте через калькулятор нормо-часа, а время обработки по формулам — по статье про расчёт времени точения и фрезерования.

Ось Y: когда она нужна

Ось Y смещает инструмент вбок от оси вращения. Без неё радиальное отверстие или паз можно выполнить только по центральной линии: инструмент стоит на оси, а шпиндель фиксируется углом C. Как только паз под шпонку смещён от оси или лыска широкая, а фреза маленькая, без Y не обойтись. Если смещённый паз пробуют вести одним поворотом шпинделя, дно получается дугой, а чертёж требует плоскость.

Ход по Y у станков такого класса небольшой, порядка нескольких десятков миллиметров в обе стороны от оси (точное значение смотрите в паспорте). Для деталей диаметром до 60–80 мм этого хватает, для крупных нужно проверять отдельно. Станки без оси Y дешевле, и если в ваших деталях только торцевые отверстия и лыски на оси, платить за неё не стоит.

Противошпиндель

Второй, подвижный шпиндель забирает деталь после отрезки, обрабатывает торец и сбрасывает готовую деталь в лоток. Выигрыш виден по таблице выше: убирается вторая установка. Чем меньше деталь и больше партия, тем выше он. Сам по себе противошпиндель мало помогает для длинных валов в центрах, для них нужна задняя бабка (как делают валы), но для втулок и фитингов из прутка он даёт основную экономию (как делают втулки и фланцы).

Типичные ошибки при выборе

• Берут станок «с запасом» по осям. Ось Y и противошпиндель удорожают машину и наладку. Если деталей с радиальными элементами меньше трети, дешевле держать отдельный фрезер.
• Не считают столкновения. Револьвер с приводным инструментом может задеть патрон, противошпиндель или кожух. Программу прогоняют в симуляции CAM до выхода на станок.
• Путают обороты с моментом. На паспортных 6 000 об/мин приводного инструмента крупную фрезу в стали не поставишь: у привода нет момента.
• Выбирают по числу осей, а не по деталям. Сначала записывают пять типовых деталей и все операции на них, потом смотрят, какая конфигурация закрывает минимум 80 % времени без переустановок.
• Забывают про оснастку. Приводные державки, угловые головки и цанги ER заметно прибавляют к цене станка, и в смету их закладывают сразу.

Как выбрать

Отдельным пунктом идёт ввод в эксплуатацию. Центр с приводным инструментом настраивают дольше простого станка: оси, револьвер, противошпиндель и постпроцессор проверяют вместе. Поэтому до заказа договариваются, кто делает пусконаладку, обучает оператора и приезжает при сбое, а не только что входит в цену станка.