Использование вертикального токарного станка

Вертикальные токарные станки, как основное оборудование в секторе механической обработки, получают свою основную ценность от решения проблем обработки, связанных с большими, тяжелыми и круглыми заготовками большого диаметра, что делает их незаменимыми тяжелыми машинами в тяжелой обрабатывающей промышленности. Их уникальная конструкция с вертикальным расположением обеспечивает как стабильность обработки, так и высокую точность при обработке заготовок, превышающих возможности обычных горизонтальных токарных станков. Эти машины, широко используемые в основных секторах, включая энергетику, тяжелую промышленность и аэрокосмическую промышленность, подробно описаны ниже с точки зрения функционального позиционирования, основных приложений, промышленного применения и технических преимуществ, общий объем которых превышает 1000 слов.

I. Основное функциональное позиционирование вертикальных токарных станков

Вертикальные токарные станки (VL), также называемые вертикальными револьверно-карусельными станками или вертикально-расточными станками, используют основной принцип конструкции, при котором шпиндель ориентирован вертикально. Заготовки крепятся к рабочему столу с помощью патронов или планшайб, а режущие инструменты перемещаются горизонтально и вертикально для выполнения операций обработки. В отличие от горизонтальных токарных станков, которые работают по принципу «горизонтального вращения заготовки с боковой подачей инструмента», конструкция вертикального токарного станка, характеризующаяся «вертикальным стационарным вращением заготовки с подачей инструмента сверху вниз/изнутри наружу», по своей сути подходит для обработки тяжелых заготовок неправильной формы большого диаметра, имеющих центр вращения. — такие компоненты будут испытывать деформацию зажима, эксцентриситет вращения или даже нестабильную фиксацию при обработке на горизонтальных токарных станках из-за собственного веса. Вертикальная компоновка использует силу тяжести для облегчения зажима, сводя к минимуму риски деформации и обеспечивая при этом стабильность во время обработки.

Функционально вертикальный токарный станок служит «комплексным обрабатывающим центром для крупных вращающихся заготовок». Помимо традиционных токарных операций, он объединяет сложные процессы, включая растачивание, фрезерование, шлифование и нарезание резьбы. Это обеспечивает «универсальную обработку» крупных компонентов, снижая частоту зажима и затраты на обработку, одновременно повышая эффективность обработки и стабильность размеров.

II. Основные области применения механической обработки: ключевые процессы обработки крупных заготовок

Функциональные возможности вертикального токарного станка сосредоточены на требованиях к обработке «больших, тяжелых и вращающихся заготовок», охватывая следующие основные сценарии:

Точение больших вращающихся заготовок. Это наиболее фундаментальное и основное применение вертикальных токарных станков, предназначенное для обработки цилиндрических или кольцевых заготовок, диаметр которых обычно превышает 1 метр, а вес – от нескольких до десятков тонн. Примеры: фланцы для ветроэнергетики (диаметром до 3-5 метров), заготовки шестерен для машиностроения (весом более 10 тонн), головки сосудов под давлением для химического оборудования (диаметром более 2 метров). Такие заготовки невозможно зажать через отверстие шпинделя горизонтального токарного станка. Вместо этого рабочий стол вертикального токарного станка непосредственно поддерживает вес заготовки, обеспечивая надежную фиксацию с помощью гидравлических или четырехкулачковых патронов. Затем шпиндель вращает заготовку, в то время как режущие инструменты продвигаются радиально и аксиально для выполнения операций, включая наружное точение, внутреннее растачивание и торцевое точение. Точность обработки может достигать классов IT6-IT8 с шероховатостью поверхности Ra ≤ 1,6 мкм, что соответствует требованиям точности сборки для больших заготовок.

Обработка сложных профилей и нестандартных вращающихся компонентов. Благодаря достижениям в области технологий ЧПУ вертикальные токарные станки с ЧПУ могут программировать сложную контурную обработку, например, большие кольцевые компоненты и детали кожухообразного типа с изогнутыми поверхностями, канавками и ступенями. Примеры включают блоки цилиндров судовых двигателей, барабаны кранов (со спиральными канавками) и большие кольцевые рамы в аэрокосмической отрасли. Эти компоненты не только обладают значительными размерами, но также требуют обработки множества неровных поверхностей и высокоточной схемы отверстий. Путем установки нескольких инструментов на револьверный держатель инструмента вертикальный токарный станок может выполнять сложные операции, такие как токарная обработка, расточка, фрезерование, сверление и нарезание резьбы, за один установ. Это устраняет ошибки позиционирования, вызванные несколькими операциями зажима, что значительно повышает точность и эффективность обработки.

Высокоточное растачивание и нарезание резьбы на тяжелых компонентах Основные компоненты крупного оборудования, такие как корпуса турбин, станины станков и вращающиеся подшипники строительного оборудования, требуют обработки высокоточных систем отверстий или резьб большого диаметра. Диаметр этих отверстий может превышать 500 мм, при этом требуется допуск на соосность и округлость в пределах 0,01 мм. Обычные расточные станки с трудом выдерживают такой вес. Напротив, вертикальные токарные станки имеют балки и направляющие, изготовленные из высокопрочного чугуна или сварных конструкций в сочетании с высокоточными ШВП и линейными направляющими. Такая конфигурация позволяет выполнять операции растачивания с большим ходом и высокой точностью. Кроме того, синхронизация скорости шпинделя со скоростью подачи инструмента позволяет обрабатывать резьбы большого диаметра, превышающие M50, что соответствует требованиям прочности соединений тяжелого оборудования.

Индивидуальная обработка нестандартных крупных заготовок В сценариях единичного и мелкосерийного производства гибкость вертикальных токарных станков особенно заметна. Примеры включают изготовленные на заказ рамы для тяжелой техники, крупные формовочные приспособления для инструментальной промышленности и специализированные соединители для оборудования атомной энергетики. Эти детали различаются по размеру и уникальной геометрии, но все они обладают центром вращения. Вертикальные токарные станки могут быстро адаптироваться к разнообразным требованиям обработки, регулируя диапазон зажима патрона, заменяя патроны или используя специальные приспособления. Это устраняет необходимость в специальном специальном оборудовании, тем самым снижая производственные инвестиционные затраты.

III. Ключевые области применения в основных отраслях: поддержка критически важных производственных процессов

Вертикальные токарные станки неразрывно связаны с основными промышленными секторами страны, а их возможности обработки напрямую влияют на стандарты производства крупногабаритного оборудования. Ключевые сценарии применения включают в себя:

Энергетический сектор: обработка основных компонентов ветроэнергетического, атомного и теплового оборудования.

Сектор ветроэнергетики: обработка фланцев ветряных турбин (соединение секций башни со ступицами), ступиц (конструкций для крепления лопастей) и корпусов подшипников главного вала. Фланцы ветряных турбин могут достигать диаметра 4-6 метров и веса более 20 тонн, что требует использования двухколонных вертикальных токарных станков для торцовой обработки, обработки отверстий под болты и подготовки канавок для уплотнения для обеспечения целостности и прочности соединения.

Сектор атомной энергетики: обработка головок корпусов ядерных реакторов, корпусов парогенераторов, корпусов главных насосов и аналогичных компонентов. Эти детали не только массивны (диаметр головок сосудов превышает 5 метров), но также должны выдерживать экстремальные температуры и давления. Вертикальные токарные станки должны строго контролировать точность размеров и чистоту поверхности во время обработки, чтобы предотвратить угрозу безопасности из-за производственных дефектов.

Сектор теплоэнергетики: обработка торцевых крышек роторов турбин, головок барабанов котлов, оснований генераторов и т. д. Возможности вертикального токарного станка по обработке композитных материалов снижают частоту обработки деталей, повышая эффективность производства.

Сектор тяжелого машиностроения и строительной техники: обработка основных компонентов

Тяжелое машиностроение: обрабатывающие станины станков, рамы прокатных станов, роторы дробилок и т. д. Эти заготовки чрезвычайно тяжелы (до 50 тонн и более) и требуют высокой жесткости. Вертикальные токарные станки используют сверхпрочные рабочие столы и высокопрочные колонные конструкции, что обеспечивает обработку без вибрации и высокую точность резки.

Строительная техника: обработка опорно-поворотных устройств экскаваторов (круглых заготовок диаметром более 3 метров), барабанов кранов (цилиндрических заготовок с винтовыми канавками), корпусов редукторов погрузчиков. Эти компоненты напрямую влияют на несущую способность оборудования и его эксплуатационную стабильность, поэтому точность обработки на вертикальных токарных станках имеет решающее значение для обеспечения надежности оборудования.

Аэрокосмическая и судостроительная промышленность: обработка крупных конструктивных элементов

Аэрокосмическая промышленность: обработка корпусов авиационных двигателей, корпусов ракетных ускорителей, отражателей спутниковых антенн и т. д. Эти компоненты преимущественно представляют собой тонкостенные детали кольцеобразной формы, требующие предельной точности размеров (допуски ≤0,005 мм). Вертикальные токарные станки с ЧПУ используют адаптивную технологию резки, предотвращающую деформацию тонкостенных заготовок и гарантирующую точность обработки.

Судостроение: обработка корпусов судовых редукторов, втулок гребных валов, фланцев корпуса и т. д. Судовые компоненты не только имеют большие размеры (диаметр корпуса редуктора превышает 3 метра), но также требуют коррозионной стойкости и ударопрочности. Вертикальные токарные станки в сочетании со специализированными инструментами и параметрами резки позволяют обрабатывать материалы из высокопрочных сплавов, отвечающие эксплуатационным требованиям морского оборудования.

Другие отрасли: Специализированная обработка заготовок

Химическое оборудование: обработка головок больших резервуаров-хранилищ, корпусов корпусов реакторов, трубных решеток теплообменников и т. д. Эти компоненты выдерживают воздействие агрессивных сред и высокого давления. Высокоточные резьбовые конструкции уплотнительных поверхностей, обработанные на вертикальных токарных станках, обеспечивают целостность и безопасность оборудования.

Производство пресс-форм: обработка полостей для больших литьевых форм, матриц для штамповочных форм и т. д. Вертикальные токарные станки используют составные функции фрезерования для обработки сложных изогнутых полостей, повышая эффективность и точность обработки пресс-форм.

IV. Уникальные преимущества вертикальных токарных станков: почему они являются предпочтительным выбором для обработки крупных заготовок

Применимость вертикально-токарных станков охватывает множество профильных отраслей, в первую очередь благодаря их незаменимым преимуществам перед горизонтально-токарными, расточными станками и аналогичным оборудованием:

Исключительная несущая способность для тяжелых компонентов. Рабочий стол вертикального токарного станка установлен непосредственно на станине с использованием кольцевых или гидростатических направляющих, способных выдерживать нагрузки от десятков до сотен тонн. Это позволяет без труда обрабатывать массивные заготовки, в то время как ограниченная грузоподъемность шпинделя и направляющих горизонтальных токарных станков с трудом позволяет стабильно обрабатывать детали весом более 5 тонн.

Высокая точность и стабильность обработки: когда заготовки зажимаются вертикально, направление силы тяжести совпадает с силой зажима, предотвращая деформацию и эксцентриситет, вызванные собственным весом заготовки. В то же время вертикальное расположение сводит к минимуму гравитационные воздействия во время подачи инструмента, что приводит к более плавному процессу резания и повышению точности обработки. Эта конфигурация особенно подходит для обработки торцов и внутренних отверстий заготовок большого диаметра.

Высокая эффективность обработки и интегрированные операции: вертикальные токарные станки с ЧПУ могут быть оснащены револьверными держателями инструментов или инструментальными магазинами, вмещающими более 20 инструментов. Это позволяет одновременно выполнять несколько процессов — точение, растачивание, фрезерование, сверление и нарезание резьбы — без частой смены инструмента или перемещения заготовки, что значительно сокращает циклы обработки.

Удобство эксплуатации и обслуживания Зажим, измерение и снятие заготовок выполняются в горизонтальной плоскости. Операторам не нужно наклоняться или часто регулировать ориентацию заготовки с помощью подъемного оборудования, что делает работу более удобной. Кроме того, симметричная структура обеспечивает равномерное распределение усилий, минимизируя износ и снижая затраты на техническое обслуживание.

Краткое содержание

Основное применение одностоечного вертикального токарного станка и двухстоечного вертикального токарного станка заключается в достижении высокоточной обработки «больших, тяжелых и вращающихся заготовок большого диаметра». Их функциональность охватывает токарные, расточные, фрезерные, сверлильные и другие процессы, а приложения охватывают такие ключевые отрасли, как энергетика, тяжелое машиностроение, аэрокосмическая промышленность и судостроение. Они служат критически важным оборудованием, лежащим в основе крупномасштабного производства оборудования. Благодаря достижениям в области технологий ЧПУ и многозадачности, вертикальные токарные станки постоянно повышают точность, эффективность и гибкость обработки. Их применение будет расширяться и в более высокотехнологичных отраслях промышленности, укрепляя их статус незаменимого основного оборудования в отрасли тяжелого машиностроения.

Перевод с DeepL.com (бесплатная версия)