Багатоцільові верстати (БЦ) — верстати з числовим програмним управлінням і автоматичною зміною інструменту для виконання декількох різних видів обробки різанням. Окрім БЦ існують і інші верстати з ЧПУ з автоматичною зміною ріжучих інструментів, які не називають багатоцільовими. У чому ж відмінність між ними?
Багатоцільові верстати відрізняються особливо високою концентрацією обробки. На них проводять чорнову, напівчистову і чистову обробку складних корпусних заготовок, що містять десятки оброблюваних поверхонь, виконують найрізноманітніші технологічні переходи: фрезерування площин, уступів, канавок, вікон,; свердлення, зенкування, розгортання, розточування гладких і ступінчастих отворів; розточування отворів інструменту з тонким регулюванням на розмір; обробку зовнішніх і внутрішніх поверхонь і ін.
Для здійснення цих операцій на верстаті необхідно мати великий запас металорізальних інструментів. У верстатів з ЧПУ і автоматичною зміною інструменту запас інструментів створюється зазвичай в револьверних головках. Серед них фрезерні і свердлильні верстати, призначені для виготовлення головним чином таких корпусних і плоских деталей, для обробки яких досить мати пять—десять різних інструментів. Багатоцільові верстати мають інструментальні магазини із запасом в 15—30, а при необхідності в 50—100 і більш інструментів.
Ще одна важлива особливість більшості багатоцільових верстатів — наявність столу або ділильного пристосування з періодичним або безперервним (за програмою) діленням. Це обов’язкова умова для обробки заготівки з декількох боків без перевстановлення. Верстати нових конструкцій оснащують додатковими столами і пристроями для автоматичної зміни заготовок. Заготовки заздалегідь закріплюють на пристосуванні-супутнику, і разом з ним вони потрапляють з додаткового столу на основний. Встановлення заготівки в супутник і зняття обробленої деталі проводять під час роботи верстата. Таким чином, допоміжний час, що витрачається на завантаження верстата, зводиться до мінімуму.
Багатоцільові верстати мають найчастіше контурну систему управління, що дозволяє обробляти різноманітні криволінійні поверхні, фрезерувати отвори і т.д. Вони відрізняються широким діапазоном безступінчатого регулювання частоти обертання шпинделя (заготовки) і подач, високими (до 8—12 м/хв) швидкостями швидких (допоміжних) ходів, особливо високою жорсткістю і надійністю.
Багатоцільові верстати для обробки корпусних деталей можна розділити на дві групи, що характеризуються розташуванням осі шпинделя, щодо робочої поверхні столу:
• з перпендикулярною (вертикальним) розташування шпинделя до поверхні столу;
• з паралельним (горизонтальним) розташуванням шпинделя щодо дзеркала столу (мал. 3.11.1).
Вертикальний шпиндель верстатів першої групи забезпечує доступ інструментів до однієї сторони заготівки. Такі верстати вигідно застосовувати для обробки деталей, у яких об’єм обробки з одного боку перевищує об’єми обробки з другого боків.
Можна успішно обробляти на них за одну операцію декілька сторін, використовуючи переналагоджувані багато позиційні пристосування. Верстати з горизонтальним розташуванням шпинделя найчастіше забезпечують поворотним столом, який створює умови для обробки деталі з різних боків.
У конструкції сучасних БЦ спостерігається тенденція до переходу від дискретності завдання переміщень в 0,01 мм до дискретності в 0,001 мм Дискретність і чутливість верстата в 0,001 мм задовольняють по точності відліку розмірів будь-яким потребам сучасного машинобудування.
Принцип побудови верстата з програмним управлінням і автоматичною зміною інструментів можна розглянути на прикладі верстата, зображеного на мал. 3.11.2. На вигляд (мал. 3.11.2, б) він нагадує розточувальний верстат з колоною 5 і висувним шпинделем. Але на відміну від звичайного верстата на бабці шпинделя встановлений крупний магазин 6 з набором інструментів. Кожен інструмент вставлений в кубло магазина так, що його вісь паралельна осі магазина (барабана). Інструмент міняється спеціальною механічною рукою. Цикл дій механічної руки представлений на мал. 3.11.2, в. У початковому положенні важіль 10 руки розташований вертикально і не заважає роботі інструменту, закріпленого в шпинделі 9, і періодичному повороту магазина 11.
При зміні інструменту корпус 8 механічної руки повертається на 90° навколо вертикальної осі вліво; одночасно повертається також на 90° кубла магазина з черговим інструментом. Важіль руки повертається в горизонтальне положення, схваты рук 12 і 13 затискають інструменти, що знаходяться в шпінделі і в кублі барабана. Після розкріплювання інструменту в шпинделі важіль руки зміщується уздовж своєї осі, витягує обидва інструменти (з шпинделя і з кубла магазина), повертається на 180° і, рухаючись уздовж своєї осі, міняє інструменти місцями: встановлює новий інструмент в шпиндель, а відпрацьований — в кубло магазина, що звільнилося. Схвати відпускають інструменти, важіль руки повертається у вертикальне положення, а вся рука на 90° управо, тобто в початкове положення. Одночасно повертається вправо кубло із змінним інструментом.
У магазині можна розмістити до 30 різних інструментів, створюючи їх запас для групи деталей. При цьому не обов’язково, щоб інструменти розміщувалися в кублах магазина в такому порядку, в якому вони будуть використані. Вибір потрібного інструменту проводиться так само, як і зміна, автоматично за програмою. Кожен інструмент заздалегідь вставляється в спеціальну оправку з десятьма кільцями (мал. 3.11.2, г). Кільця 14 мають різний діаметр і утворюють своєрідний код інструменту. При повороті магазина оправка проходить мимо десяти-позиційного перемикача (датчика), замикаючи своїми кільцями його контакти. В той момент, коли комбінація кілець (код інструменту) співпадає з кодом, записаним на перфострічці, обертання магазина припиняється і потрібний інструмент готовий до подачі в шпіндель. Пошук потрібного інструменту відбувається при виконанні чергового переходу і тому не впливає на загальний час обробки. Оброблювана заготівка 4 (мал. 3.11.2, б) закріплюється на плиті 2 пристосування, яка може переміщуватися по напрямним середнього 3 та бічних 1 і 7 столів. При обробці заготівка знаходиться на середньому столі, який може періодично повертатися на заданий кут відповідно до програми. Залежно від прийнятої технології в кожному положенні (позиції) столу виконується або повна обробка всіх поверхонь (площин, отворів і т. д.) або спочатку фрезеруються поверхні, а потім обробляються отвори.
Оскільки вся обробка деталі ведеться автоматично за програмою, то за цей час оператор встановлює в пристосування лівого столу 1 верстата іншу заготівку. Після закінчення обробки плита з пристосуванням і обробленою заготівкою пересувається на правий вільний стіл 7, а її місце займає інша плита з вже закріпленою заготівкою. На верстаті можна обробляти складні деталі (мал. 3.11.2, а).
Багатоцільовий верстат з магазином великої місткості (мал. 3.11.3) призначений для обробки корпусних деталей. Оброблювану заготівку 13 закріплюють в пристосуванні 5, встановленому на поворотному столі, що дозволяє при необхідності звістки обробку з двух—чотирьох боків без перевстановлення. Ріжучий інструмент закріплюють в шпинделі 7. Для створення запасу інструментів є ланцюговий магазин 11. У кублах ланцюга поміщається до 60 інструментів. Для переміщення інструменту з магазину в шпиндель відповідним поворотом і осьовим переміщенням корпусу руки.
Для переміщення механічної руки використовують гідроприводи. Всі інструменти встановлюють безпосередньо або за допомогою перехідних втулок в однакові конусні оправки 6 і настроюють на розмір поза верстатом. Оправки пронумеровані, що полегшує розстановку інструментів по кублах магазина відповідно до програми обробки.
На верстаті виконують операції свердлення, зенкування, розгортання, різьбонарізання, фрезерування і т.п. Привід шпинделя верстата здійснюється регульованим електродвигуном через коробку швидкостей. Для рухів подачі і швидких переміщень служать електрогідравлічні приводи, що дозволяє отримувати подачі по осях X, У, Z. Робочі і настановні переміщення виконуються коробкою шпинделя 8 (мал. 3.11.3) по осі Y, стійкою 9 — по осі Z і столом 12 — по осі X.
Для скорочення простоїв верстата, зв’язаних зі зміною оброблюваних заготовок і підготовкою до обробки нової партії, передбачено дві завантажувальний-розвантажувальні позиції 1 і 2 (мал. 3.11.3), базові плити 3 і 5 і уніфіковані деталі установочно-затискних пристосувань 6. У положенні, показаному на малюнку, плита 5 із закріпленим на ній пристосуванням і оброблюваною заготівкою знаходиться в робочій позиції на рухомому столі верстата. Друга плита 3 вільна; на ній можна під час роботи верстата вмонтовувати пристосування для закріплення інших заготовок. Для переміщення плити з пристосуванням в робочу позицію стіл верстата автоматично підводиться до відповідної завантажувальний-розвантажувальної позиції. Плита пересувається по тих, що направляють 14. При обробці крупних корпусних деталей їх можна встановлювати безпосередньо на базові майданчики 4 столи.
Верстат має вертикально-рухому бабцю шпінделя 3 (мал. 3.11.5.), розташовану усередині рухомої стійки 4, і поворотний стіл 1. На верхньому торці стійки розташований магазин 6 барабанного типу, а у бічного торця станини на окремій підставі 10 змонтована поворотна (на 180°) платформа 9 для двох столів-супутників 2 і 8. Поворот магазина здійснюється від высокомоментного двигуна 7. Номери кубел магазина закодовані.
На передньому торці стійки встановлений маніпулятор 5 (автоматична двохзахватна рука), що здійснює зміну інструментів. Маніпулятор має механізми вертикального переміщення, повороту руки на 180° і висунення руки. Вертикальне переміщення дозволяє обходитися без зсуву бабці шпінделя вгору в позицію зміни. Захоплення інструментальних оправок виконують губки, стягнуті двома циліндровими пружинами.
Рухи у верстаті Головний рух — обертання шпинделя із закріпленим в ньому інструментом. Рухи подачі: по осі X’ — переміщення столу із заготівкою, по осі Y — вертикальне переміщення бабки шпинделя, по осі Z— горизонтальне переміщення стійкі. Обертання шпинделя 2 забезпечується електродвигуном M1 2ПФ-80Г постійного струму потужністю 14 кВт (номінальна частота обертання 1000 
, номінальна напруга 220 В).
Література:
1. Чернов Н.Н. Металлорежущие станки.—М.: Машиностроение, 1988.
2. Локтева С.Е. Станки с программным управленим и промышленные роботы.—М.: Машиностроение, 1986.