Статьи

Станок с ЧПУ - технология программирования и работы

Время чтения: 11 минут

Станок с ЧПУ

Сегодня многие технологические операции выполняются на оборудовании с автоматизированными рабочими процессами, иногда даже без контроля оператора. В отличие от станков с ручным управлением, станки с ЧПУ способны производить объекты любой сложности и геометрии. Человеку требуется лишь задать буквенно-числовой код, который представляет собой ряд инструкций в форме последовательности цифр и букв. Потом достаточно загрузить файл в систему или выполнить настройку с пульта управления, и устройство сделает все заданные операции без дальнейшего участия специалистов. Большинство станков, оснащённых ЧПУ предназначены для обработки металлов разными способами, подготовки заготовок и производства готовых изделий. Оборудование с программным управлением приводит к сокращению затрат на рабочую силу, поскольку выполнение операций автоматизировано. Станок с ЧПУ обеспечивает безопасную работу, ведь оператору не нужно находиться вблизи с рабочей зоной.

Что такое ЧПУ

ЧПУ или CNC — это аббревиатура от английского Computer Numerical Control, которое переводится как «числовое программное управление». Под числовым программным управлением понимается контроль производственного процесса компьютером. Он управляется как перемещением и режимом работы обрабатывающего инструмента станка в виде шпинделя, суппорта и поворотного стола, так и расположением заготовки.

Система устанавливает взаимодействие с оператором ПК с помощью специализированного языка программирования - G-code, который также используется многими моделями 3D-принтеров для управления процессом печати. Оборудование отличается высокой точностью, выполняя операции по задаваемым параметрам, поэтому производственные процессы происходят быстрее, повышая качество продукции и КПД предприятия в десятки раз за счет снижения количества отходов и возникновения ошибок в процессе работы. Станки с ЧПУ часто оснащаются абразивными кругами, позволяющими получать практически безупречную поверхность.

Основные функции станков с ЧПУ включают в себя:

  1. управление режущим инструментом и обработкой материала.
  2. использование для обработки материала специальных режущих инструментов- сверл, фрез, резцов.
  3. контроль параметров обработки в режиме реального времени.

Компоненты станков с ЧПУ

Станки с ЧПУ состоят из:

  • схемы закодированных действий для изготовления деталей, управления движениями дополнительных компонентов, включения и выключения.
  • устройства для ввода данных в программу ЧПУ.
  • центра управления для чтения команд, расшифровки функций, реализации интерполяций, передачи вспомогательных функций, получения обратной связи.
  • механизма привода с усилителем, приводными двигателями и шарико-винтовыми передачами.
  • машины-орудия в виде подвижного стола, рабочей головки с инструментом, осуществляющей движение по заданной траектории. Их положение относительно друг друга управляется по осям X и Y в плоскости и по вертикальной оси Z в заданной системе координат.
  • обратной связи с датчиками положения и скорости для контроля режущего инструмента при обработке.

Особенности

Устройства обеспечивают конструктивные особенности в зависимости от области применения.

  • повышенная точность обработки любым устройством с ПУ достигается за счет отсутствия зазоров и оптимальной длины кинематических цепей.
  • для повышения виброустойчивости станка применяются в основном автономные приводы с уменьшением количества механических передач, тепловых деформаций в механизмах станка, поэтому гидросистемы предварительно прогревают.

Сферы применения

Станки с ЧПУ широко применяются в разнообразных областях с высокими требованиями точности, в том числе в:

  • аэрокосмическом комплексе для производства авиационной и космической техники с высокой надёжностью и качеством. Автоматизированные установки позволяют изготовить профили сложной геометрии и элементы двигателей самолётов и вертолётов, шасси, корпусов.
  • металлообработке, чтобы изготавливать сложные элементы зубчатых и червячных передач, насосов, шлицевых валов, компрессоров, моторов, приводов.
  • здравоохранении для изготовления стоматологического оборудования, хирургических инструментов, терапевтических аппаратов, расходных материалов: держателей, скальпелей, зажимов, титановых имплантов, пластин, винтов.
  • телекоммуникации и связи для изготовления стоек, опор, корпусов, печатных плат, интегральных и электронных схем, шкафов для оборудования, антенн, корпусов гаджетов, алюминиевых радиаторов охлаждения, радиотехнических деталей и приборов
  • автомобилестроении для получения деталей сложной конфигурации, клапанов, цилиндров, поршней, проставок, коробок передач, приводов.
  • деревообрабатывающей промышленности для производства мебели, резки по дереву, шлифовки деревянных заготовок, формирования выемок, выступов и рельефных, могут сделать фигурные поверхности.
  • строительстве для опорных, кровельных, ограждающих, крепёжных элементов: балок, профиля, профнастила, заборов, шпилек, винтов, гаек, болтов.
  • инженерных коммуникациях жизнеобеспечения: водопроводах, газопроводах, канализационных и вентиляционных системах, системах кондиционирования, линиях электропередач (ЛЭП).
  • рекламной сфере для создания световых коробов, различных стендов, небольших выставочных инсталляций, вывесок и информационных конструкций.

Преимущества станков с ЧПУ

Благодаря ЧПУ станкам повышается качество и сокращается время изготовления металлических деталей.

Основные плюсы:

  • увеличенная производительность за счет высокой скорости работ. Оператор не делает замеры, меняет инструмент и оснастку, поэтому значительно снижается время изготовления деталей.
  • точность действий благодаря компьютерной программе и в связи с отсутствием ошибок из-за человеческого фактора.
  • постоянная готовность к работе, работоспособность не зависит от усталости, не нужны выходные и отпуск. Устройства в автоматическом режиме могут работать круглосуточно гораздо быстрее, чем механически или вручную.
  • экономичность за счет сокращения расходов на материалы, длительности рабочих смен и численности благодаря обслуживанию одним оператором, который управляет программой, устанавливает и снимает заготовки.
  • универсальность дает возможность быстро менять настройку для разных материалов, заготовок, технологических процессов. У многоцелевых станков имеется способность для выпуска нескольких видов продукции.
  • безопасность за счет отсутствия контакта с режущими инструментами и нахождения вне рабочей зоны. При необходимости современные ЧПУ станки способны отключаться автоматически. Например, в случае короткого замыкания, заклинивания, перегрева
  • доступность интеграции с другими системами и технологическими линиями, возможность объединения их в конвейер.

Недостатки:

  • высокая стоимость по сравнению с аналогом.
  • квалификация персонала, осуществляющего техническое обслуживание.

Правила программирования

Программирование основано на последовательности осуществляемых системой действий согласно установленным условиям, поэтому в станках имеются датчиками движения для фиксации всех точек детали чтобы создавать объёмные модели в системе координат рабочей области.

Затем по технологической карте настраивают последовательность каждого движения, схемы перемещений, способы обработки, которые выводятся на экран. Файл обрабатывается в процессоре. Затем компьютер передаёт необходимые действия на контроллер и подключенные к нему серводвигатели. Созданная программа с G-кодами, где числа означают конкретные действия, например, перемещают инструмент и заготовки по осям путем вращения шпинделя, вспомогательные коды с буквой «M» дополнительно регулируют рабочие режимы – замена насадок, интенсивность подачи охлаждающих жидкостей в зону обработки.

Программирование может осуществляться:

  • вручную вводятся комбинации чисел. программная часть создается технологом, задающим координаты- вариант не очень удобен, требует достаточного опыта.
  • пультом ДУ - перемещая джойстик, нажимая кнопки или сенсоры для корректирования и предварительного тестирования команд.
  • посредством специального программного обеспечения CAD и CAM. Многоэтапная запись из нескольких операций, использующая алгоритмы для сложных деталей, корректировки, учитывая особенности других заготовок. Оператор может визуально контролировать ход выполнения технологической операции, видеть сообщения об авариях и возникших неполадках.

Классификация

Станки с ЧПУ различаются по:

  • назначению, выполняемым операциям. Выделяют станки токарные, сверлильные, расточные, фрезерные, многоцелевые, обрабатывающие универсальные центры, режущие.
  • числу осей. Агрегаты бывают двух-, трёх-, четырёх-, пятиосевыми, то есть все пять осей могут двигаться одновременно во время всех операций обработки
  • управлению. Оно может быть программным или аппаратным.
  • виду привода. Приводной механизм бывает пневматическим, электрическим, гидравлическим.
  • рабочим инструментам. Это резцы, фрезы, абразивные круги, свёрла.
  • обрабатываемым материалам. Есть станки для металлов, дерева, пластмасс, а также универсальные, со сменными рабочими головками.
  • размерам заготовок. Изделия могут быть мало-, средне- и крупногабаритными.
  • степени автоматизации. По такому параметру установки бывают механическими (управляемыми вручную), полуавтоматическими, а также полностью автоматизированными.
  • подаче инструмента. Выделяют агрегаты горизонтальные, вертикальные и разнонаправленные универсальные.

Существуют следующие виды станков с ЧПУ:

Фрезерные

На фрезерных станках можно удалить материал из заготовки простой плоской формы или сложной пространственной конфигурации. На них раскраивают листовые материалы, обрабатывают исходные детали в отдельных моделях.

Сверлильные

Сверлильными устройствами за счет предварительно установленных сверл выполняется: развертывание, зенкерование и нарезание резьбы.

Токарные

В отличие от сверлильного здесь с движущейся заготовки снимается слой металла резцом кассетного резцедержателя. Токарный станок бывает:

  • центровым, чтобы обрабатывать заготовки конической и цилиндрической формы;
  • патронным, чтобы сверлить и зенкеровать.

Комбинированным (патронно-центровым)

Карусельным, чтобы обрабатывать сложные заготовки больших форм - тут в главном направлении перемещается рабочий стол, а суппорт обеспечивает движения подачи.

Лазерные

Устройство позволяет резать, гравировать, маркировать, очищать не только металл, но и резину, керамику, бумагу. Лазерное оборудование обычно отличает высокая энергоэффективность и низкий расход.

В них генерируется луч с высокой концентрацией энергии, который попадая на обрабатываемую заготовку, выжигает материал благодаря высокой температуре.

Плазменные

Предназначение связано с обработкой, термической резкой ионизированным газом и раскроем деталей из токопроводящих материалов. Процесс состоит из нескольких этапов.

Для домашнего пользования

Помимо фрезерных, токарных, сверлильных бывают узкой специфики, позволяющие выполнять рисование и даже украшать кондитерские изделия. В отличие от промышленного оборудования они имеют невысокую стоимость, простое обслуживания. управляются компьютерной программой.

Многоцелевые

Многоцелевые устройства обрабатывают заготовки за счет установленной над столом консоли, перемещаемой горизонтально и суппорту на консоли с поперечными и наклонными движениями. Станина тоже вращается.

Станок с ЧПУ