Ещё одно название этого вида многооперационных станков - вертикально-фрезерные обрабатывающие центры. Это наиболее распространенный тип обрабатывающих центров. Более высокая производительность неразрывно связана с высокой скоростью обработки и, как следствие, нагревом и зоны обработки детали, и самого инструмента. Для отвода тепла в вертикально-фрезерных обрабатывающих центрах охлаждающая жидкость поступает к месту обработки по внешним гибким каналам, либо подается в зону резания сквозь шпиндель. В последнем случае охлаждение группы шпиндель-инструмент-деталь является более эффективным, что позволяет увеличить скорость и точность обработки.

В отличие от фрезерных станков, имеющих колонну с фиксированным на ней шпинделем, у вертикальных обрабатывающих центров не стол, а шпиндель ходит вертикально по направляющим колонны (ось Z), а направляющие стола (оси X и Y) опираются непосредственно на станину, стоящую на фундаменте. Такая конструкция вертикальных фрезерных обрабатывающих центров обеспечивает им более высокую жёсткость и точность обработки по сравнению с их предшественниками - фрезерными станками консольного типа. Это преимущество позволяет обрабатывать детали большей массы и размеров.

Автоматические сменщики инструмента в вертикальных обрабатывающих центрах, как правило, имеют до 24-30 позиций. Связано это с тем, что их конструкция представляет собой круглый барабан, по типу револьвера, ось вращения которого располагается вертикально или горизонтально, увеличение диаметра барабана сменщика ограничено глубиной станка. Применение сменщиков инструмента ленточного/гусеничного типа в горизонтальных обрабатывающих центрах (см. ниже по тексту) этого ограничения позволяет избежать.

Опционально вертикальные обрабатывающие центры могут дооснащаться поворотными или поворотно-наклоняемыми столами, применение которых превращает 3-координатные в 4-х или 5-координатные обрабатывающие центры. Однако, такое решение подходит для небольших деталей, поскольку поперечные размеры «накладного» стола заметно меньше, чем у штатного. При испольховании дополнительного стола (делительного приспособления) ход по вертикальной оси тоже уменьшается: примерно на расстояние между «накладной» плоскостью и плоскостью «родного» рабочего стола.

В некоторых случаях из-за конструктивно-прочностных особенностей деталей, особенностей их обработки, а также необходимости отвода охлаждающей жидкости и стружки из зоны резания, более целесообразным является применение горизонтальных обрабатывающих центров: для таких задач горизонтальное расположение шпинделя является более удобным, а иногда без него просто не обойтись.

По сравнению с вертикальными, горизонтальные обрабатывающие центры имеют три базовых преимущества:

• Первое – горизонтальное расположение шпинделя, благодаря чему стружка не скапливается в больших количествах в зоне обработки. Горизонтальные шпиндели выполняют по более жёсткой схеме, с системой противодействия вибрациям (например, пневматической).
• Вторым преимуществом является двух-паллетное исполнение рабочего стола в сочетании с 4-й координатой: вращением в горизонтальной плоскости (ось «B») с шагом 1° или 0,001°. Наличие второй паллеты позволяет сэкономить время на снятии и установке заготовок, что особенно выгодно при массовом производстве, а поворот стола – обработать все боковые стороны детали.
• Третье преимущество обусловлено горизонтальным расположением инструмента и возможности реализации сменщика инструмента в виде «гусеничной» конструкции. Если используется не 2 гусеничных колеса, а более, - «гусеница» может иметь сложную форму, что позволяет в малом объёме разместить большое количество инструмента: 40, 90 и даже 120 позиций.

Подобно вертикальным, горизонтальные обрабатывающие центры предназначены для комплексной обработки корпусных деталей из чёрных и цветных металлов, выполнения широкого спектра операций по фрезерованию, сверлению, зенкованию, развёртыванию, растачиванию отверстий по координатам и др.

Рис.1

Детали сложной формы требуют обработки, при которой инструмент должен одновременно описывать траекторию в трёх Декартовых измерениях в сочетании с наклоном инструмента и доворотом детали (т.е. ещё по двум «круговым» осям). Для этого у различных 5-координатных станков может быть использована пара A+B (Рис. 2) или B+C (Рис. 3) круговых осей, общая схема расположения осей приведена на Рис. 1. Такие задачи решаются с помощью пяти-координатных обрабатывающих центров.

Применение 5-координатных обрабатывающих фрезерных центров имеет ряд преимуществ перед описанными в предыдущих разделах «классическими» 3-осевыми обрабатывающими центрами с вертикальным или горизонтальным направлением оси вращения шпинделя. Появление двух дополнительных осей (наклона шпинделя влево-вправо) и вращения детали вокруг горизонтальной (на манер токарного станка) или вертикальной (на манер токарно-карусельного станка) осей даёт возможность обрабатывать детали сложных профилей за один установ, экономя время обработки при гарантированной точности. Ведь любое перезакрепление (установ) заготовки на рабочем столе требует времени, а также вносит дополнительную погрешность. Кроме того, 5 координат дают возможность обрабатывающим центрам создавать более сложные в математическом смысле газо- и гидро-динамические поверхности: лопасти и крыльчатки пропеллеров, роторов и т.п.

Рис.2	Рис.2.1

В целом, 5-координатные фрезерные обрабатывающие центры обладают следующими преимуществами по сравнению с 3-координатными:

• становится возможным изготавливать канавки и другие углубления более сложной конфигурации, гарантировать точность внутреннего профиля
• появляется возможность использования более коротких фрез и обеспечивается более высокая точность обработки при высокой скорости резания
• исключается погрешность базирования детали в приспособлении, что особенно важно для отверстий с произвольными углами, включая большие диаметры (в настоящее время с появлением износостойких материалов фрез большие отверстия стало эффективнее расфрезеровывать, чем растачивать на расточных станках)
• отсутствие переустановок сокращает время обработки и исключает вероятность появления брака по вине оператора

• Рис.3	Рис.3.1

  снижается нагрузка на станок, износ инструмента, а также повышается качество обработки поверхности вследствие более рациональной, чем у 3-осевых обрабатывающих центров, ориентации оси вращения инструмента по отношению к поверхности детали и траектории движения фрезы.

Все эти преимущества проявляются в неразрывной связи с цифровой системой управления 5-координатными обрабатывающими центрами (ЧПУ) и с применением компьютерных программ, называемых CAM-системами, предназначенных для подготовки и предварительной проработки исполняемых программ. CAM-системы обеспечивают расчёт траектории движения инструмента, её оптимизацию для увеличения скорости обработки и снижения нагрузки на станок/деталь/инструмент. Предварительный расчёт траекторий движения позволяет исключить соударения между фрезой (шпинделем), деталью и элементами станка во время обработки, визуализировать процесс обработки на мониторе и с помощью компьютерного моделирования достигать специфических целей в обработке отдельных участков детали.