Что такое станок с ЧПУ: устройство и принцип работы

Токарные станки с ЧПУ – это хорошо зарекомендовавшее себя оборудование, предназначенное для серийного производства. Благодаря ему появляется возможность делать детали с высокой точностью, что немаловажно для токарных станков.

ЧПУ позволяет ему улучшить работу без вмешательства человека, делая его практически идеальным для токарных работ и давая ему автономность.

Числовое программное управление – о чем речь

В условиях высокой конкуренции производители обязаны поставлять на рынок высококачественные изделия большими объемами. Сделать их вручную, когда человеческий фактор влияет на скорость и производительность труда, на возможность ошибки и неровностей, а в ряде случаев не позволяет осуществить задуманное, сложно. Но с применением компьютерных технологий процесс происходит намного продуктивнее. В частности, увеличиваются показатели темпа производства, а также повышенной точности. Классическое оборудование в цехах управляется человеком. Он отвечает за направление движений основных частей машины. Но станки с ЧПУ оснащены компьютеризированной системой, которая сама регулирует все передвижения, а также позволяет производить мельчайшие корректировки. Управляющая команда дает числовые коды всем элементам. Программирование происходит на ПО, с ним работают инженеры, дизайнеры мебели, проектировщики. Один язык обеспечивает точную передачу требований. Так как задача остается в памяти, то можно в любой момент выбирать один из командных наборов, чтобы переходить с производства одной детали на другую. Дадим расшифровку термина: станки с ЧПУ – это «умное» заводское оборудование с числовым программным управлением. Они постепенно вытесняют классические агрегаты на больших производственных цехах, но из-за своей дороговизны и трудностей в обращении (необходимы знания и основы программирования, проектирования в софте типа «Автокад») они не распространены в частном использовании.

Принцип работы CNC

Функционирование ЧПУ станка осуществляется в следующей последовательности:

• Для начала программа по обработке деталей вводится в блок управления устройства.
• В нем осуществляется весь процесс обработки данных, он готовит все команды движения и посылает их в систему привода.
• Привод осуществляет контроль движения и скорость блоков изделия.
• Система обратной связи запоминает данные о местонахождении и скорости передвижения осей и направляет сигнал в блок управления.
• В БУС происходит сравнение сигналов обратной связи с начальными и если есть ошибки, то он их исправляет и направляет в механизм исполнения новые сигналы, чтобы скорректировать процесс.
• Пульт управления с экраном применяется для просмотра команд оператором.

Принцип работы и краткое описание системы

Это линейная последовательность, которая состоит из следующих промежуточных действий:

• человек задает основные параметры, проектирует изготавливаемую модель в графическом редакторе, отвечает за правильность чертежа и характеристик изделия;
• компьютерная программа обрабатывает графику и текстовые данные, расчеты, систематизирует их, переводит в читаемый станками формат;
• система управления сохраняет математические формулы и числовые значения, вырабатывает последовательность действий и подает команды всем элементам оборудования;
• рабочие инструменты производят механические колебания по заданному алгоритму, гарантируя точность и скорость движений.

В результате получается выполненная цель, над достижением которой работал искусственный разум вместе с человеком. За аппаратурой постоянно смотрит операционист, он может внести коррективы в деятельность машины, приостановить ее, увидеть и исправить неполадки, а также переоснастить ее под новые задачи. В основном программой задаются следующие параметры:

• мощность двигателя;
• скорость произведения функции;
• моменты ускорения и замедления для получения нужных качеств заготовки (очень характерно для манипуляций с металлом);
• вращение цилиндрических и круглых элементов;
• направление движения, особенно важно в случаях художественной резки – каждый изгиб определяется точной математической формулой.

Классификация систем

Для классификации систем управления ЧПУ используют несколько различных признаков и характеристик:

1. Количество осей, по которым ведется обработка. Простейшие координатно-расточные, сверлильные и токарные станки имеют две оси. В более сложных токарно-фрезерных и фрезерно-гравировальных обрабатывающих центрах управление может охватывать одновременно 4 или 5 координат.
2. Способ управления исполнительными механизмами. По этому признаку станки делятся на:
   • позиционные, которые ведут обработку в конкретных точках, а все перемещения проходят на холостом ходу шпинделя;

   контурные, выполняющие съем материала по всей траектории движения инструмента;

3. универсальные, сочетающие оба способа управления.
4. Способ позиционирования:
   • абсолютный, при котором каждое перемещение базируется от нулевой точки в системе координат ЧПУ;

   относительный, когда каждая предыдущая точка принимается за временный «ноль» для последующей.

5. Возможности обратной связи. Системы ЧПУ без датчиков ОС в настоящее время практически не производятся.

   Наиболее современные самонастраивающиеся станки «понимают» текущее положение всех исполнительных органов в процессе обработки, сопоставляют их со значениями, заданными в управляющей программе (УП), и при необходимости корректируют.

Конструкция и устройство станка ЧПУ

Классические элементы агрегата (они могут незначительно изменяться в зависимости от специфики производственного процесса):

• станина, то есть крепкое основание в виде стола или вертикальной установки для распиловки;
• коробка подач – она отвечает за все вращения, прямолинейное движение и изгибы, сколько возможностей есть у всего аппарата, генерирует скорость и направление;
• передняя и задняя бабки, одна из которых управляется шпинделем, то есть, меняет свое расположение (может устанавливаться как механически, так и машинизированно);
• суппорты – отвечают за крепление и смену инструментов, они принимают команды передвижения от коробки подач, прочность обрабатываемого элемента;
• стержневые механизмы – инструменты, выполняющие сами действия, то есть различные сверла, ножи, развертки.

В одной из бабок находится система с переключением скоростей, это позволит вращать заготовку с нужным ускорением. Вторая необходима только для прочной фиксации и связана с инструментарием. Принцип работы станков с ЧПУ – автоматизированное управление всей этой конструкцией. Команды подаются прямо на коробку подач, откуда уже происходят механические силы, оказывающие воздействие на все остальные детали.

Архитектура ЧПУ

Все системы ЧПУ имеют схожую архитектуру и состоят из нескольких составных частей. В наиболее надежных станках они реализованы в виде отдельных модулей, каждый из которых снабжен собственным процессором. Недорогие системы собраны на базе одного компьютера, и его составные элементы существуют только виртуально.

Для описания основных компонентов ЧПУ использованы термины из технической документации ЧПУ Sinumerik (Siemens).

• NCU
  . Это центральная часть системы, в задачи которой входят расчет траекторий перемещения инструмента и подача управляющих сигналов на приводы в соответствии с командами УП.
• PLC
  . Этот программируемый логический контроллер не принимает прямого участия в управлении приводами, но принимает и анализирует сигналы от них. В задачи модуля входит управление сигнальными устройствами, к нему подключаются внешние и внутренние датчики, концевые выключатели, реле, контакторы.
• PCU

  . Это пульт оператора с сигнальными устройствами, монитором, клавиатурой, интерфейсами передачи и хранения цифровых данных. Главная задача модуля — обеспечить связь оператора или наладчика со станком.

Характеристика

Особенность работы на таком оборудовании состоит в том, что все действия производятся с точностью и минимальным влиянием человека. Это обусловлено факторами:

• В основном ЧПУ располагают вертикально, потому что так оно занимает меньше места, стружка (металлическая, деревянная, пластмассовая) легче удаляется с рабочей поверхности, меньше риск засорения, а также проще под углом проводить манипуляции над габаритными изделиями, которые сложно погружать на горизонтальную столешницу.
• Несущие конструктивные части создаются из очень крепких веществ, металлических сплавов, которые дополнительно укрепляются ребрами жесткости. Такая необходимость выходит из-за возможности длительной непрерывной эксплуатации с тяжеловесными заготовками.
• Токарный вид станка с ЧПУ обычно оснащается автоматическим сменным магазином с резцами и наконечниками, которые меняются сами по ходу износа или в момент смены нужного инструмента.

Как выбрать?

Для того чтобы грамотно подобрать станок для обработки металлов, необходимо тщательно изучить конструктивные особенности доступных моделей и изучить их характеристики.

В первую очередь обратить внимание следует на следующие параметры:

• конфигурацию деталей;
• точность и качество обработки поверхностей;
• габариты станка;
• предельную массу заготовок;
• доступные режимы обработки;
• мощность устройства;
• планируемый объем производства;
• производительность станка.

Основы числового программного управления

Рассмотрим классификацию с тремя подсистемами:

• Управление – это центр, именно отсюда отдаются команды, реализуется расшифровка языка программирования, здесь происходит контакт оператора и установки. Процессор находится внутри стойки, а снаружи – экран и кнопки. С помощью пользовательского интерфейса возможна наладка. Есть закрытые системы и открытые, первые имеют узкий набор функций, в них нельзя внести коррективы, зачастую только специальные программы могут обеспечить новый тип работы. Вторые легче управляются, тестируются на совместимость с командами и компьютерным программным обеспечением.
• Приводы – здесь сосредоточена механика и электроника, которая приводит в действие все остальные детали. Двигатель дает энергию ходовым винтам, которые запускают процессы вращения заготовки, движение резцов и пр. Если быть точными, то в приборе присутствует сразу несколько электродвигателей, каждый из готовых отвечает за один узел.
• Обратная связь. Это ряд датчиков, которые собирают информацию о положении, скорости движения составляющих частей и передают эти сведения в виде математических формул в управляющий блок для обработки целостного цикла, корректировок.

Степень автоматизации

В управляющих системах ЧПУ-станков выделяют следующие ключевые параметры:

1. Разновидность привода. Двигатель может быть шаговый, ступенчатый либо регулируемый.
2. Метод контроля: непрерывный, позиционный, прямоугольный, смешанный.
3. Как загружается программное обеспечение: через flash-носитель, на диске, с помощью магнитной или перфорированной ленты.
4. Сколькими координатами можно управлять одновременно и каков диапазон допустимой погрешности при их введении.

Та цифра, что идет в артикуле станка после буквы Ф, характеризует степень автоматизированности устройства:

• 1 — данные набираются на клавиатуре, предусмотрена цифровая индикация.
• 2 — у фрезерного или токарного станка это означает прямоугольный метод контроля, у сверлильно-расточного — позиционный.
• 3 — управление контурное или непрерывное. Таким способом удобно обрабатывать сложные детали.
• 4 — многооперационное оперирование. Оно сочетает в себе вышеперечисленные функции.

Если вместо цифры стоит буква «Ц», это означает «циклический тип». Алгоритм у таких станков дешевый и простой, но этого достаточно для производства серий заготовок одинакового типа.

Особенности станков с числовым программным управлением

Первая уникальная характеристика – это большое значение компьютерного проектирование. На этом уровне реализуется основная деятельность инженера, затем он может только проверять правильность выполнения команд и передать всю последующую работу наладчикам и операционистам. Оцифровка графической модели в язык программирования, поддерживаемый системой ЧПУ, происходит автоматически. Два основных действия специалистов – это наладка (переналадка) оснащения и присмотр за деятельностью станка.

Обязанности операторов станков

Работа оператора чаще посменная, гибкий график, ночные и дневные смены. Так обеспечивается непрерывная работа на производстве. Для работы требуется, как умственная, так и физическая деятельность, в обязанности оператора входит следующее:

• Подготовка и уборка рабочего места;
• Компьютерное моделирование деталей;
• Редакция программы, установки на новые модели;
• Контроль и осмотр работающих программ, правильности изготовления;
• Подбор рабочих инструментов для станка (например, ножи, сверла, резцы), монтаж инструментов, проверка и ремонт;
• Контроль и измерение соответствие техническому заданию произведённых деталей;
• Установка заготовок, съем готовых деталей.

От оператора потребуется развитое пространственное мышление, а также технический склад ума. Быстрота реакции, усидчивость и концентрация.

Как правило, у этой работы нет особенных ограничений, ей могут заниматься как мужчины, так и женщины. Однако, если женщина решила стать оператором станка, она должна обладать особенной выносливостью. На протяжении всей смены потребуется выполнение однотипных действий/операций. Если у вас есть проблемы со зрением, склонность к артриту, проблемы с дыханием, с суставами, то занятие данной деятельности не рекомендуется.

1. 
   Если вам нравится процесс создание металлических изделий, то работа оператором ЧПУ-станков — правильное решение.

Допускаются для работы с оборудованием, только те специалисты, которые получили разряд.

Плюсы и минусы работы:

Сферы применения

Фактически можно сделать большинство операций, которые подвластны классическим агрегатам с ручным управлением. Можно производить обработку:

• дерева, деревянного массива или брусков, фанеры, ДСП и прочих разновидностей спрессованных стружек;
• металлических конструкций – от мельчайших подшипников до крупногабаритных листов и массивных автомобильных запчастей;
• камней (гранит, мрамор) и других пород, образованных естественным путем;
• пластмасса и прочих синтетических материалов различной жесткости.

Для каждого представленного типа изделий необходимо производить переоснастку. Основные отличия – то, как будет закрепляться заготовка, и то, какими резцами и инструментами будет оснащен механизм. Программа дает множество команд, в числе которых:

• резка, распиловка, срезание верхнего слоя или торцевой стороны;
• фрезерование (вращающийся элемент цилиндрической формы подвергается полностью симметричной обработке);
• изготовление отверстий и полостей;
• гравировка;
• резьба и многое другое.

Так как станок с ЧПУ работает по различным материалам, то и применяют его в разных промышленных зонах – от лесопилки до ювелирного дела и машиностроения.

Какие бывают разряды

Начинается доступ к станку со второго разряда, что входит в обязанности специалистов:

1. Специалисты второго разряда обрабатывают детали с простой конструкцией, обычно 12 – 14 квалитетам, специальное оборудование настроено для выполнение однотипной разновидности обработки. Как только специалисты оформляют второй разряд они могут перейти к оформлению втулок и винтов. В обязанности входит сверление отверстий (сквозного и глухого типов) диаметром не более 24 миллиметров. Из заготовок из прессованного профиля производятся детали крупных или средних габаритов.
2. Для специалистов третьего разряда предусмотрены обязанности изготовления деталей среднего и высокого уровня сложности. Металлические детали по 8 – 11 квалитетам. При этом станок настроен уже на изготовление нескольких разновидностей деталей, для которых потребуются три и более инструментов обработки. Сотрудникам может быть назначена токарная обработка наружных контуров, заказ фрезеровочных работ или нарезание резьбы. Разрешается выполнение отверстий более 24 миллиметров в диаметре. Может потребоваться обработка с применением карусельного станка.
3. Для сотрудников четвёртого разряда достаётся повышенный уровень сложности производства деталей по 7 – 10 квалитетам. У данного специалиста достаточно опыта и знаний, чтобы управлять несколькими станками. Возможно, ему доверят обслуживание многоцелевого станка, а также роботизацию техники. Специалист четвёртого разряда получает токарную работу, окончательно обрабатывает детали, которые достаточно сложны по своему геометрическому строению. Занимается обработкой крупных деталей (корпуса турбин и компрессоров, поясов, балок, носков крыльев и так далее).
4. Специалисты с высшим разрядом — пятым, ведут работы по 6 – 7 квалитетам на станках специально настроенных для производства сложных деталей. На таких станках необходима периодическая перестановка либо монтаж систем крепления.

Работа сложная и требует ясного ума, поэтому специалистам требуется постоянное подтверждение квалификации, так же для спецов регулярно открывают курсы повышения квалификации. По правилам, специалист должен по очереди получить каждый разряд, каждый новый разряд получается постепенно. Даже если специалист второго разряда выполнял работу доступную только на четвёртом разряде, чтобы получить соответствующий разряд, он должен сначала получить третий.

Но стоит так же ответить, если при курсах повышения квалификации мастер не сдал на квалификацию, старую у него не отнимают, через какое-то время он может попробовать ещё раз.

Преимущества

Достоинств множество, среди них:

• высокая скорость;
• повышенная производительность;
• длительный износ деталей;
• отсутствие риска воздействия человеческого фактора;
• уменьшенные вибрации и шум при производстве;
• возможность выпилки изделий нелинейной конфигурации;
• способность переоснастки и деятельности с различными материалами;
• упрощенная задача сотрудников.

При большом количестве заказов, потребности в постоянной многочасовой работе, а также при внедрении дизайнерских решений покупка станка с ЧПУ – экономически выгодна. Но для мелкосерийного производства часто затраты превышают прибыль.

Некоторые ограничения

Если операции происходят на старом оборудовании, то в их код не заложены многие возможности, например, движение может быть только поступательное или вращательное, но не фигурное. Это обусловлено ограниченностью координатных осей. Чем старше и бюджетнее модель, тем меньше у нее скорость обработки информации, подачи команд, а вместе с тем и полного завершения цикла. Лучше приобретать современные агрегаты, если вы не хотите скудного функционала. Также обр с ними смогут не все инженеры, а только специально обученные люди.

Требования к системам управления

Чтобы была высокой скорость подач и перемещений фрезера, нужны контроллеры цифрового типа, способные управлять процессами ускорения и торможения. Вместе со встроенным пультом промышленной ПЭВМ, они могут работать и без участия человека. А если их соединить с компьютерной сетью компании, возможен даже дистанционный мониторинг.

Сегодня разработчики контроллеров располагают устойчивыми версиями Windows NT в реальном времени с использованием всех преимуществ Интернета. В системах ЧПУ используются ступенчатые микропроцессоры, дающие возможность для обработки 1100 5-координатных блоков за секунду. К тому же, предварительная обработка информации в программах, предусматривающих механообработку деталей фрезером при большом массиве данных, не понадобится.

Что касается инструментальных систем, реально выполнять мониторинг состояния фрезеровочных инструментов, данные о котором передаются обратно на контроллер. Теперь одно устройство для автоматической смены инструментария, может обслуживать несколько станков.

Есть преимущества ЧПУ системы HAAS для фрезерного станка. Она интуитивно понятна, легко осваивается в сжатые сроки. Это прецизионное оборудование, работающее с повышенной точностью, имеет большое количество унифицированных узлов, что способствует снижению затрат на его обслуживание.

Общепринятые термины, используемые при описании станков с ЧПУ

В станкооборудовании есть слова, обозначающие узкие понятия. Разберемся с ними:

• двухосевой проект – движение может происходить только в двух плоскостях, не затрагивая вертикаль;
• 2,5-осевой – ось Z (вверх – вниз) присутствует, перемещение по ней возможно, но не одновременно с двумя другими;
• 3-осевой – все измерения в одно время;
• 4-осевой – к вышеперечисленным прибавляется возможность поворота.

В статье мы рассказали, что такое станки с ЧПУ, как расшифровывается аббревиатура. Будьте аккуратны при работе с этой техникой. Предлагаем ознакомиться с нашим ассортиментом ленточнопильных изделий. уже 15 лет на российском рынке. За это время мы охватили практически все города страны.

Группы металлообрабатывающего оборудования

Среди металлообрабатывающего оборудования основных групп (токарные и фрезерные), стоит выделить и другие:

• распиловочные и циркулярные отрезные станки;
• ленточнопильные, способные осуществлять продольное распиливание заготовок;
• вертикально-сверлильные, в которых шпиндель расположен вверху;
• сверлильно-долбежные;
• шлифовочные и торцовочные станки, качественно обрабатывающие поверхности.

Общее у этих агрегатов – работа с любым металлом. Их объединяет и наличие станины, на которой устанавливают главный «узел» – металлообрабатывающий элемент. Устройство имеет электродвигатель, платформу подачи, разнообразные фиксаторы, рабочую оснастку – по специфике выполняемой технологической операции.

Рядом с массивными и крупными промышленными вариантами, выглядят весьма компактно мобильные настольные станки и мини-станки по обработке металла, применяемые в ювелирном деле, и граверы.