Продольное точение на автоматах с ЧПУ: особенности и этапы

Парадокс современного производства: во многих случаях чем меньше деталь, тем сложнее ее изготовить на обычном токарном станке. Миниатюрные импланты и высоконагруженные втулки требуют точности. При их изготовлении на универсальных токарных станках сложнее обеспечить стабильность размеров из-за недостаточной жесткости технологической системы и воздействия вибраций. В таких случаях применяют технологию продольного точения, при которой заготовка перемещается вдоль оси обработки через направляющую втулку. В этом поможет токарный автомат продольного точения с ЧПУ. 

Прежде чем переходить к тонкостям настройки, необходимо четко понимать конструктивное отличие. Обычный токарный станок с ЧПУ (револьверный или патронный) работает по классической схеме: заготовка жестко зафиксирована в шпинделе, а инструмент перемещается по двум основным осям (при необходимости — по дополнительным). Такая схема наиболее эффективна при обработке сравнительно коротких деталей либо деталей, для которых не требуется дополнительная поддержка заготовки. При попытке обработать длинный и тонкий элемент возникает проблема «отжатия» — деталь прогибается под воздействием силы резания.

Автомат продольного точения отличается иной кинематической схемой. Здесь инструмент неподвижно закреплен в неподвижной инструментальной головке, а заготовка совершает продольное движение (подачу) и вращение. При этом в зоне резания деталь поддерживается специальной направляющей втулкой, расположенной максимально близко к резцу.

Фактически, зона резания постоянно находится в точке поддержки. Это превращает обработку длинной заготовки в последовательное точение коротких, жестко зафиксированных участков. Результат — значительное снижение вибраций и предотвращение отклонения формы по диаметру даже при соотношении длины к диаметру 1:30 и более.

Станок этого класса отличается рядом конструктивных и технологических особенностей: 

• Основное движение подачи осуществляется за счет перемещения заготовки. Именно заготовка подается на неподвижный резец, а не наоборот. Такая схема лежит в основе построения управляющей программы. Перемещение шпиндельной бабки по оси Z синхронизируется с вращением шпинделя в соответствии с управляющей программой.
• Работа через направляющую втулку. Это один из ключевых узлов оборудования. Втулка (вращающаяся или неподвижная) обеспечивает поддержку заготовки непосредственно возле зоны обработки. Это позволяет получать высокую геометрическую точность по всей длине с минимальным влиянием вибраций.
• Синхронная работа инструментальных блоков. Современное оборудование оснащается не одним, а двумя-тремя суппортами. Это позволяет совмещать во время одного цикла продольное точение, фрезерование шестигранника, сверление глубоких отверстий с тыльной стороны и нарезание резьбы. Выполнение нескольких операций за одну установку сокращает время производственного цикла.
• Автоматическая подача прутка. В отличие от патронных станков, где оператору приходится периодически открывать дверцу и менять заготовку, токарный автомат работает от бухты или длинного прутка (до 4–5 метров). Обработка продолжается автоматически до полного использования прутка или подачи следующего материала. 

Совокупность перечисленных конструктивных решений делает автоматы продольного точения эффективным решением для изготовления сложных и высокоточных деталей.

Инженер-технолог получает конструкторскую документацию и 3D-модель детали. На этом этапе важно оценить, подходит ли деталь для обработки методом продольного точения: допускает ли конструкция детали использование направляющей втулки, обеспечивается ли необходимая жесткость при выполнении фрезерных операций. В CAM-системе разрабатывается управляющая программа, которая затем преобразуется в код станка с помощью постпроцессора. В зависимости от конструкции оборудования различные операции могут распределяться между передним и задним суппортами, а также другими инструментальными узлами. Управляющая программа включает команды G- и M-кодов, обеспечивающие обработку детали и управление вспомогательными функциями оборудования. Для автоматов продольного точения также важно корректно организовать синхронизацию рабочих узлов.

На этом этапе подбирают режущий инструмент, включая державки с твердосплавными пластинами и канавочные резцы. Ключевой момент — настройка вылета инструмента. На автоматах продольного точения инструмент должен быть выставлен по высоте относительно оси вращения. Для зажима прутка используются цанги с твердосплавными вставками, обеспечивающими надежную передачу крутящего момента, снижая риск деформации.

Оператор выполняет привязку инструмента, задавая его положение относительно оси вращения (X0) и торца заготовки (Z0). На этом же этапе настраиваются параметры подачи СОЖ и проверяется биение направляющей втулки.

Автоматический цикл включает следующие этапы:

• Подача материала: цанговый патрон зажимает пруток, механизм подачи выдвигает его через направляющую втулку на заданную длину (по оси Z).
• Черновая и чистовая обработка: заготовка начинает вращаться (команда S). Подводится резец по оси X, затем выполняется синхронное перемещение шпиндельной бабки по оси Z относительно инструмента. Резец снимает слой металла. Благодаря втулке, зона резания остается в непосредственной близости от направляющей втулки.
• Отрезание: когда длина обработанного участка достигнута, в работу вступает отрезной резец. Деталь отделяется и падает в приемный лоток.
• Синхронная обработка (опционально): после отделения детали второй шпиндель принимает ее и выполняет окончательную обработку торца, сверление отверстий или другие операции в рамках одного автоматического цикла.

Первую деталь проверяют на координатно-измерительной машине (КИМ) или другим подходящим измерительным оборудованием. Если геометрия в допуске, запускается серия. В современных системах ЧПУ могут применяться функции контроля нагрузки и автоматической коррекции инструмента.

Параметры настройки: на что обратить внимание

Эффективность обработки во многом зависит от правильной настройки оборудования под конкретную задачу. 

Для обеспечения стабильной обработки при настройке учитывают следующие параметры:

• Материал заготовки и геометрия цанги. Для разных материалов подбирают соответствующие параметры направляющей втулки и режимов обработки. Зазор во втулке выставляется строго по наименьшему диаметру прутка с учетом допуска на диаметр прутка. Слишком большой зазор даст вибрации, слишком маленький — может привести к заклиниванию.
• Режимы резания (S, F). При настройке автоматов продольного точения параметры скорости резания (Vc) и подачи (F) подбираются в зависимости от материала заготовки, инструмента и требуемой точности обработки. Основная часть тепла отводится стружкой, а не в заготовку. Важно настроить систему ломки стружки (стружколомы на пластинах), иначе длинная ленточная стружка намотается на инструмент и может привести к остановке оборудования.
• Смазочно-охлаждающая жидкость. При продольном точении выбор СОЖ зависит от материала заготовки, режимов обработки и рекомендаций производителя оборудования. Во многих случаях применяют специальные масла, которые обеспечивают эффективную смазку зоны резания и снижают износ инструмента. 
• Ось C и синхронизация. Особое внимание уделяют синхронизации оси C с другими координатами при выполнении фрезерных и сверлильных операций.

При серийном и массовом производстве применение этого типа оборудования позволяет повысить эффективность обработки.

Основные преимущества перед револьверными станками и токарными полуавтоматами:

• Сокращение времени цикла за счет совмещения операций.
• При правильно подобранных режимах обработки возможно получение шероховатости поверхности до Ra 0,4–0,8 без дополнительной шлифовки.
• Высокая точность обработки длинных деталей благодаря поддержке заготовки направляющей втулкой.
• В зависимости от уровня автоматизации один оператор может обслуживать несколько станков одновременно.

ООО «Ай Машин Технолоджи» (IMACHINE) поставляет оборудование для обработки деталей высокой точности и предлагает решения для различных производственных задач. В каталоге представлены модели с различными техническими характеристиками, что позволяет подобрать оборудование под конкретные производственные задачи. 

Например, токарный автомат продольного точения STL-125 оснащен направляющей втулкой, которая поддерживает заготовку непосредственно возле зоны резания. Это позволяет уменьшить прогиб детали и снизить влияние вибраций при обработке длинных заготовок. Благодаря такой конструкции повышается стабильность обработки, обеспечивается соблюдение заданных допусков и сокращается машинное время. 

Токарный автомат продольного точения с ЧПУ STL-327 обеспечивает высокую точность обработки мелких деталей, включая сверление и нарезание резьбы.Модель предназначена для предприятий, которым требуется оборудование для токарно-фрезерной обработки заготовок диаметром до 32 мм. 

Мы предлагаем полный цикл внедрения: подбор модели под номенклатуру ваших деталей, шеф-монтаж, инструктаж персонала и пусконаладку под ключ. Комплексный подход упрощает ввод оборудования в эксплуатацию и запуск серийного производства. Сотрудничество с ООО «Ай Машин Технолоджи» (IMACHINE) помогает подобрать оборудование с учетом производственных задач, ускорить ввод его в эксплуатацию и обеспечить стабильность серийной обработки.