Что такое станки с ЧПУ

Прародителем первого ЧПУ станка, появившегося в 40-х годах прошлого столетия, является Джон Пэрсонсон, инженер компании Parsons Inc и по совместительству сын владельца этой компании. Конечно, его модель мало была похожа на ЧПУ-станок, но все же это был огромный прорыв.

Первые станки очень отличались от современного оборудования. Порой они больше использовались для хранения данных, нежели чем по своему прямому назначению. Но благодаря тому, что в 60-х годах из-за массового внедрения мини компьютеров произошел спад цен, ЧПУ-станки стали доступны и их производство увеличилось в разы. В следствии чего начало происходить массовое внедрение на предприятия станков с ЧПУ по всему миру. В 80-х годах их популяризация добралась и до отечественных производителей

Что такое станки с ЧПУ

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) – автоматизированное оборудование, способное выполнять различные операции по заданной программе без непосредственного участия человека. Принцип работы состоит из нескольких этапов:

  1. Предварительно человек проектирует изготавливаемую модель в графическом редакторе и задает ее основные параметры в программу.
  2. Компьютерная программа обрабатывает все чертежи и текстовые данные и конвертирует в читаемый станками формат;
  3. Система управления сохраняет математические формулы и числовые значения, вырабатывает последовательность действий и подает команды всем элементам оборудования;
  4. Рабочие инструменты станка, благодаря заданным механическим колебаниям, производят нужную деталь или объект.

Весь этот процесс автоматизированный, так как над достижением результата работает искусственный разум. Человек (операционист) все это время следит за аппаратурой и при необходимости вносит коррективы в работу техники, исправляет возникающие неполадки, задает другие задачи.

ЧПУ-станки все активнее и активнее вытесняют классическое оборудование с производства. Однако, это очень дорогая техника, требующая определенных навыков и умений в обращении. Поэтому они популярны среди крупных промышленных производителей, нежели частных.

Экономическая целесообразность использования – когда лучше выбрать станок с ЧПУ

При каких условиях выгодно приобретать станки с программным управлением? На самом деле есть множество факторов, которые нужно учитывать перед дорогостоящей покупкой:

  • Цена деталей оборудования очень высока и выпускается серийными партиями, поэтому в работе нужно исключить любую вероятность ошибки.
  • Изготавливаемые детали имеют сложные поверхности, поэтому для их механической обработки потребуется дополнительное время и всевозможные технологические операции.
  • Любые изменения в управляющей программе должен вносить только специально обученный человек – оператор агрегата.

Так или иначе, но станки с ЧПУ могут быть полезны любому предприятию, которое нуждается в высокоточных обработанных деталях и компонентах. Это позволяет сократить время изготовления, улучшить качество производства, сократить операционные расходы, увеличить производительность, а значит и увеличить прибыль. Эти гарантированные преимущества позволяют выйти бизнесу на новый уровень производства и дохода.

Внедрение механической обработки с ЧПУ способно улучшить каждый аспект производственного процесса; однако, не во все промышленные отрасли внедрение ЧПУ-станков может быть целесообразным и выгодным.

Классификация станков с ЧПУ

ЧПУ станки можно разделить на различные виды, типы и категории, но все же существуют определенные характеристики, которые есть во всех станках с числовым программным управлением

По типу движения

  • ЧПУ-станки с точечным типом движения

На некоторых станках режущий инструмент и обрабатываемая деталь находятся напротив друг друга и зафиксированы в определенных позициях, которые должны оставаться неподвижно пока резак выполняет свою работу. Такие станки еще называют «машины с позиционной обработкой», а аппаратура контроля работает по принципу «от точки к точке».

В этих станках каждая ось приводится в движение отдельно, поэтому скорость подачи не нуждается в программировании. Вся информация о размерах, передаваемая станку, будет зависеть от положения двух шпинделей. К таким станкам моно отнести: сверлильное, буровое, гайкорезное оборудование.

  • ЧПУ-станки с контурным типом движения

Фрезеровальные, фрезерно-модельные станки известны как станки с контурным типом движения. В них движение заготовки в момент обработки производиться относительно режущего инструмента. То есть маршрут инструмента полностью задается программой.

В контурных станках относительно расположение заготовки и режущего инструмента должно быть под постоянным контролем: скорость подачи, положение шпинделя и т.д.. Такой механизм регулирования управления называют устройством контурного управления.

По системе управления

  • ЧПУ-станки с разомкнутой системой

Процесс работы такого станка выглядит так:

  • запрограммированные инструкции подаются в блок управления через устройство ввода данных.
  • блок управления преобразует эти инструкции в электрические импульсы (сигналы)
  • через сервоусилитель эти сигналы запускают сервомоторы.

Главный недостаток ЧПУ-станков с разомкнутой системой управления – отсутствие системы обратной связи, позволяющей проверять точность и скорость режущего инструмента. Данный вид управления обычно используется в точечных ЧПУ-станках, где требования к точности не являются критическими.

  • ЧПУ-станки с замкнутой системой управления

Такие станки оборудованы системой обратной связи для контроля фактической производительности и исправления расхождений с запрограммированными данными. Система обратной связи бывает двух видов:

  1. Аналоговая. Позволяет следить за изменением положения и скорости через уровни напряжения.
  2. Цифровая. Контролирует изменения производительной мощности благодаря электрическим импульсам. Всевозможные датчики контроля положения необходимы для управления динамическими характеристиками и координатным положением шпинделя станка.

80% станков работает по принципу замкнутого контура. В случае несоответствия расположения инструмента машины заданной инструкцией, измеритель моментально подает сигнал приводному блоку для исправления, переводя передвижной компонент станка в нужное место. Такие рабочие параметры станка позволяют автоматически вносить нужные исправления в режиме реального времени, что увеличивает качество производства.

По количеству осей

  • ЧПУ-станки с 2 и 3 осями

Токарные станки имеют две оси вдоль которых происходит движение. Шпиндель двигается в продольном направлении по платформе станка (ось Z), а поперечный суппорт перемещается под прямым углом к шпинделю (вдоль оси X). Токарные станки являются идеальным примером ЧПУ-машин с двумя осями.

В трехосных станках имеется дополнительная ось, перпендикулярная двум указанным осям. Такие станки способны обрабатывать геометрически сложные поверхности.

  • ЧПУ-станки с 4 и 5 осями

ЧПУ-станки с 4 и 5 осями считаются многоосевыми и увеличивают возможности обработки заготовок. Например, 5-осевой фрезерный центр имеет три основных оси: X, Y, Z, ось A — поворотно наклонный механизм шпинделя, а ось B служит многопозиционным поворотным столом ЧПУ-станка.

Многоосные ЧПУ-станки позволяют:

  • сократить производственный цикл за счет обработки сложных деталей с одного устройства;
  • обеспечить улучшенную обработку поверхности изделия;
  • поддерживать оптимальный контакт режущего инструмента с деталью, что увеличивает срок эксплуатации;
  • достигать высокой скорости обработки, сокращая при этом вибрацию машины.

По типу привода

Приводы в ЧПУ-станках обеспечивают контролируемые движения всех компонентов станка. Приводная система состоит из приводных двигателей и шарико-винтовых передач. Интенсивные управляющие сигналы, посылаемые из блока управления, активизируют приводные двигатели. Они, в свою очередь, вращают шарико-винтовые передачи для установки платформы станка в нужное положение, либо для вращения шпинделя.

Есть несколько типов приводов, используемые в станках ЧПУ:

  • Гидравлические станки с ЧПУ

Гидравлические приводы – мощный механизм, обеспечивающий плавные и сверхточные движения режущего инструмента. Основной минус таких моторов – трудности в их обслуживании. Как правило, такие двигатели работают на гидравлическом масло на нефтяной основе, а оно легко воспламеняется при высоких рабочих температурах. Также гидравлические приводы нуждаются в специальной обработке для защиты от коррозии.

  • Электрические станки с ЧПУ

Электрический привод представляет собой серводвигатель постоянного или переменного тока. Такие двигатели очень малы и просты в управлении.

  • Пневматические ЧПУ-станки

Эти приводы просты по конструкции, пожаробезопасные и недороги, в сравнении с вышеописанными. Но стоит учитывать, что пневматические ЧПУ-станки маломощные, шумные и, в сравнении с другими приводами, имеют меньшую точность и скорость позиционирования.

Степень автоматизации станков с ЧПУ

Выделяют станки-автоматы и полуавтоматы. Автоматом называют станок, в котором после наладки все движения, необходимые для выполнения цикла обработки, в том числе загрузка заготовок и выгрузка готовых деталей, осуществляется автоматически, т. е. выполняется механизмами станка без участия оператора.

Цикл работы полуавтомата выполняется также автоматически, за исключением загрузки-выгрузки, которые производит оператор, он же осуществляет пуск полуавтомата после загрузки каждой заготовки.

По назначению оборудования устанавливается технологическая категория, определяющаяся по возможности проведения главных операций. В зависимости от степени автоматизации и типа системы ЧПУ для станков приняты следующие дополнительные обозначения:

Ф1механизм оснащен устройством цифровой индикации и координат.

 

Ф2

позиционная (в сверлильных и координатно-расточных группах) или прямоугольная (во фрезерных, токарных и расточных группах) система управления.
Ф3контурная или непрерывная система ЧПУ. Используя их можно обрабатывать поверхности любой степени сложности

 

Ф4

многооперационная комбинированная система ЧПУ, совмещающая возможности контурного и позиционного управления.
Ццикловое программное управление
Рсмена и фиксация инструмента, осуществляются поворотом револьверной головки
Мсмена инструмента из специального барабана, так называемого, инструментального магазина

В маркировке моделей отечественных станков ЧПУ это буквенное обозначение ставят перед видом системы программного управления Ф «N».

Принципы программирования станков с ЧПУ

Для того чтобы оборудование могло выполнять операции, ему необходимо задать G-код, то есть определенный набор команд. Этот код, написанной разработчиком программы, трансформируется постпроцессор, а уже отсюда система вся информация о задаче и этапах ее выполнения отправляется в управление станка. Он, в свою очередь, формирует профиль, и приступает к выполнению технологических операций.

Существует три способа программирования станков с ЧПУ:

  1. Ручное программирование — написание программы непосредственно технологом. Это трудоемкий и кропотливый процесс, так как все вводы числовых данных, координирующих перемещение рабочего инструмента, производятся вручную. Применение такого способа оправдано лишь в том случае, если на производстве всего несколько автоматизированных станков, ориентированных на изготовление просты деталей.
  2. Программирование на пульте ЧПУ (shop-floor), который представляет собой клавиатуру с дисплеем. Программа пишется с помощью расположенных на стойке станка сенсорного экрана и джойстика. Этот способ дает возможность одному оператору выполнять одновременно несколько задач: запускать и тестировать программу, устанавливать заготовку и следить за обработкой детали. Кроме того, оператор ЧПУ, может в любой момент протестировать программу или провести ее коррекцию.
  3. Метод программирования с помощью систем САПР и CAM.

Используется при написании программ для изготовления сложных деталей, с большим количеством задействованных операций. Наиболее современный и удобный способ.

Программист-технолог использует для работы персональный компьютер, а специальная программа уже самостоятельно выполняет расчеты, основываясь на введенные оператором данные. Команды для станка создаются на одном из языков программирования либо представляются в графическом виде. Затем они автоматически преобразуются в G-код и в виде готовой программы загружаются на пульт управления станком.

Требования к подобному программному обеспечению очень высоки и, как вы понимаете, такая программа стоит сотни тысяч рублей. В принципе, как сама стоимость ЧПУ-станков очень высока. А, на сколько мы знаем, работа ЧПУ станков на предприятиях – это непрерывный цикличный процесс. Соответственно, предъявляются высокие требования не только к работоспособности станка (как к механической, так и программной его частям), но и точности выпускаемых им изделий.

Поломка станка или бракованная партия изделий -– это издержки колоссального масштаба, а порой и летальные исходы потребителей изделий (например, неточная деталь в автомобиле может привести к его аварии).

Во избежание всего вышеперечисленного оборудование нуждается не только в регулярном техническом обслуживании (согласно регламенту и паспорту установки), но и в качественном и скорейшем ремонте вышедших из строя компонентов.

Ремимпульс осуществляет компонентный ремонт самой сложной части – электроники станка от 1 дня и за бюджет не более 25% от стоимости нового станка.

Оплата производится в 100% объеме после проведения всех работ. Отправляя несправное оборудование в наш сервисный центр на бесплатную диагностику, вы не соглашаетесь автоматически на его последующий ремонт. Сроки и стоимость работ согласовывается только после проведения полной диагностики.