Применение фрезерных станков по металлу — важный шаг к улучшению и оптимизации вашего производства. У оборудования с ЧПУ огромные производственные мощности и перечень задач, с которыми оно может легко справиться.
Автоматизация производства и переход от ручного труда к машинному значительно ускоряет производственный цикл, помогает повысить производительность.
Фрезерный станок по металлу может выполнять множество задач, таких как:
раскрой листов металла;
- резка деталей любой формы и сложности;
- прорезка пазов, кромок, канавок;
- гравировка;
- прорезка, зенкерование отверстий;
- обработка поверхностей, шлифовка.
Один многофункциональный фрезерный станок с ЧПУ может заменить целый парк техники, сократить число задач за которыми нужно обращаться к сторонним подрядчикам.
Сферы применения фрезеров по металлу
ЧПУ станки для обработки металла очень распространены во всех сферах промышленности и производства, поскольку они экономичны и эффективны. Станки выпускаются разных размеров, их можно устанавливать в помещениях любых размеров: от совсем небольших домашних производств до огромных цехов. Они неприхотливы в обслуживании и ремонте, но, впрочем, даже при минимальном уходе они ломаются довольно редко.
СЧПУ — «универсальный солдат», который может работать сутками, без перебоев, производить любые партии идентичных деталей, соответствующих макету.
Используют их в следующих сферах:
- Металлообработка;
- Строительство;
- Приборостроение;
- Автомобильная промышленность;
- Малотиражный выпуск изделий и др.
Производители систем ЧПУ и станкостроители
Рис.2. Интелект-карта использования систем ЧПУ станкостроителями
Устоявшиеся тенденции взаимодействия производителей на мировом и отечественном рынках хорошо просматриваются на интеллект-карте (рис.2), отображающей использование станкостроителями тех или иных систем ЧПУ, представивших продукцию на выставке. Выставка продемонстрировала, что российские станкостроители преимущественно ориентированы на использование систем ЧПУ Siemens, FANUC и Балт-Систем, а зарубежные станкостроители определились в сторону FANUC, Siemens, Heidenhain, Bosch Rexroth.
Особенности работы металлообрабатывающего фрезерного станка с ЧПУ
Основная особенность ЧПУ оборудования заключается в том, что оно автоматизировано, резка осуществляется по специальной заданной программе. Чертёж для такого станка — векторный макет, «карта» передвижений режущего инструмента. Такой чертёж далёк от привычного нам бумажного формата. Это набор командных кодов, которые распознаёт машина. Всё, что нужно сделать оператору ЧПУ — ввести координаты, от которых будет осуществляться отсчёт, установить оборудование на нулевую точку. Необходимо будет указать параметры обработки, они зависят от поставленной задачи и того, какой обрабатывается материал.
Выбор фрезы тоже зависит от материала.
Фрезы, подходящие для прочных сплавов типа стали не подходят для меди, алюминия, других пластичных материалов.
Условно весь процесс обработки можно разделить на два этапа:
черновую и чистовую. Для каждого этапа разрабатывается своя программа, для них нужны разные инструменты, режимы обработки.
Выставляются все настройки один раз, а потом станок работает по алгоритму, который задал оператор. Больше его вмешательство не требуется, только контроль за корректностью работы.
Фреза будет двигаться по траектории, заданной программой. В ходе предварительной обработки режущий инструмент задаёт форму, послойно снимая стружку. Чистовая обработка нужна, чтобы деталь имела опрятный вид, соответствовала макету.
Чтобы получить хороший результат, нужно:
- Составить программу без ошибок;
- Верно указать координаты;
- Выставить нулевую точку станка;
- Правильно установить на рабочем столе заготовку.
С последним пунктом тоже всё непросто. Разные типы металла — разные рабочие столы.
Для работы с плоскими деталями или тонкими листами наиболее подходящим будет вакуумный стол. Для объёмных деталей этого будет недостаточно, потребуются дополнительные крепления.
Для работы с мягкими металлами нужно использовать подложки, чтобы не поцарапать поверхность креплением.
Мастер ЧПУ что это за должность?
Мастер или оператор станков с ЧПУ – это человек, работающий на данном оборудовании и обеспечивающий его обслуживание. Помимо него, необходим наладчик ЧПУ, который вводит и корректирует УП. Эти специальности могут совмещаться – мастер-наладчик.
Операторы имеют такие должностные обязанности: обслуживание станка, контроль процесса, проверка и испытание готовых изделий, устранение небольших неполадок, подналадка узлов, подготовка рабочего инструмента. Действует он на основании должностной инструкции, которая утверждается самим предприятием. Мастер может обслуживать одновременно несколько станков. Наладчик ЧПУ осуществляет следующие работы: разработку УП, ввод ее в станок и отработка, наладка оборудования на конкретные процессы.
Обучение операторов и наладчиков обеспечивается в колледжах (техникумах) или на специальных курсах по специальности «Технология машиностроения». Для того чтобы стать профессионалом, работник должен получить такие знания: строение и особенности станков с ЧПУ, технология обработки, основы программирования ЧПУ, принципы работы с компьютеризированными системами, признаки неисправностей оборудования с ЧПУ, особенности различных инструментов и материалов. При работе оператор обязан строго соблюдать технику безопасности.
Станки с ЧПУ (CNC) все активнее внедряются в производство. Они способны обеспечить высокую точность обработки деталей на больших скоростях. В то же время следует учитывать экономическую целесообразность их использования. На российском рынке предлагается множество высококачественных моделей и надо выбирать оптимальный вариант для конкретных условий.
- 30 августа 2020
- 12129
Выбираем тип фрезерного станка
Для каждого направления металлообработки есть свой, наиболее подходящий тип оборудования. У каждого есть набор функций, сильные и слабые стороны. Нет станков которые лучше или хуже других, есть просто неправильно подобранные.
В зависимости от типа станка на нём можно:
- резать листы материала;
- обрабатывать торцы или срезы;
- выбирать по схеме чертежа;
- нарезать спиральную резьбу;
- делать по чертежу надрезы.
Проектировщики СЧПУ разработали много различных модификаций оборудования, но разделить их проще всего по тому, каким способом они обрабатывают поверхность. Режущий инструмент на них может быть размещён:
- вертикально;
- горизонтально.
Есть также универсальные станки. Всё оборудование имеет высокую эффективность. Главное — правильно воспользоваться его возможностями.
Предназначение
Технологические возможности аппаратов позволяют определить, какую именно модель лучше использовать для выполнения определенной задачи. Этот фактор позволяет разделить станки на шесть групп:
- токарную;
- сверлильно-расточную;
- фрезерную;
- шлифовальную;
- электрофизическую;
- многоцелевую.
Токарные приборы предназначены для обработки наружной и внутренней поверхности. С их помощью также можно выполнить нарезку резьбы, как с наружи заготовки, так и в ее внутренней части.
Фрезерные аппараты обрабатывают плоские и пространственные корпусные части. Помимо стандартного фрезерования с их помощью можно: сверлить, растачивать, нарезать резьбу. Сверлильно-расточные агрегаты имеют схожие возможности, но их основная задача сконцентрирована на обработке отверстий. Многоцелевые устройства позволяют выполнить практически весь спектр обрабатывающих операций, но отличаются высокой стоимостью.
В электрофизическую группу включены станки трех типов:
- электроэрозионного;
- электрохимического;
- лазерного.
Данные типы станков позволяют осуществить сложную обработку. Они применяются тогда, когда обработать заготовку другим способом практически невозможно. Основным рабочим инструментом приборов является электрод-проволока. Для его изготовления используются: латунь, медь, молибден, вольфрам. Наличие антикоррозийных присадок обеспечивает более качественно изготовление изделий.
Инструмент на станках требует периодической смены и настройки. В связи с этим выделяется еще один тип классификации – по способу смены обрабатывающего механизма. По этому типу классификации существует три способа смены:
- ручная смена и ручное закрепление;
- ручная смена и механическое закрепление;
- автоматическая смена.
Приборы с автоматической сменой инструмента не требуют вмешательства со стороны оператора в ходе работы. Они относятся к классу современных дорогостоящих приборов, и обладают совместимостью с различными системами ЧПУ.
Достоинства станков, предназначенных для работы с металлом
- Конструкция станка жёсткая, он прочный и может выдерживать большие нагрузки. Качество резки при этом не снижается.
- Один станок — много задач. Его можно перенастроить под другую задачу, сохранив при этом настройки. В дальнейшем не придётся заново выставлять всё вручную. Станок может всё. Ну или почти всё. Не только кроить или разрезать листы, но и создавать объёмные детали, наносить гравировку.
- Высокая скорость работы. Станку не надо ходить на обед, он не может устать или заболеть. Поэтому он быстро и качественно выдаёт большие объёмы.
- Всё ЧПУ оборудование можно модернизировать, чтобы облегчить работу. Например, поставить улавливатель стружки, дополнительное охлаждение и др.
- Фрезерный станок долговечен. Если за ним ухаживать, он прослужит десяток лет.
Специфика систем ЧПУ отечественных производителей
Продукция российских производителей систем ЧПУ заметно отстает от мирового уровня, хотя стремление догнать явно выражено, и здесь важным является вопрос правильности выбора архитектурной концепции. Неформальным лидером считается «Балт-Систем», но в регионах он уступает своим конкурентам «Модмаш-Софт», «Микрос» и «ИжПРЭСТ», поскольку такая высокотехнологичная продукция, как системы ЧПУ, требует своевременной технической поддержки, что предполагает наличие хорошо разветвленной сети по всей стране.
ЧПУ CNC-310 Балт-Систем
В последние годы появилось несколько новых отечественных систем ЧПУ и новых модификаций существующих систем, которые следует отметить. Система ЧПУ NC-310 , имеет распределенную архитектуру, что позволяет разнести по высокоскоростной шине Serial Speed Bus аналоговые и цифровые входы/выходы в соответствии со спецификой объекта управления. ООО «Модмаш-Софт» расширил модельный ряд систем ЧПУ FMS-3000 и представил программное обеспечение системы ЧПУ на базе 32-разрядной операционной системы Windows СЕ. Системы FlexNC («Станкоцентр») и IntNC (НТЦ «ИНЕЛСИ») имеют схожий интерфейс оператора и построены на базе контроллера движения (motion control) и персонального компьютера. При многокоординатной комплектации применяют контроллер движения DeltaTau; в случае, если речь идет об управлении до 4 осей, система ЧПУ может быть укомплектована контроллером движения на базе ARM процессора [14].
ЧПУ «Сервокон»
Следует отметить, что система ЧПУ «СервоКон» () построена по принципу ЧПУ-принтера. Оригинальность идеи заключается в организации работы оператора: управляющая программа отправляется на станок подобно тому, как документ отправляется на печать. Система позиционируется как дешевое надежное решение, имеющее в качестве дисплея 4-строчный индикатор. Представляет интерес полный набор сплайновой интерполяции (кубический, Akima и NURBS-сплайны), реализуемый системой ЧПУ WinPCNC [15], (МГТУ «Станкин»), продемонстрированной на учебном стенде. Но отсутствие многоканальности ограничивает возможности ее применения.
Подсистема обратной связи
Главные элементы подсистемы обратной связи — датчики, функционирующие как измерительная система. Они контролируют положение и скорость работы ножа. Блок управления принимает сигналы и создает новые, основываясь на исчислении разницы между настоящими и заданными параметрами.
Справка : Главная задача системы обратной связи заключается в обеспечении УС информацией о настоящем положении исполнительного элемента устройства и о скорости, с которой функционируют двигатели.
Что такое NC CNC?
CNC или Computer numerical control — одно из направлений в разработке устройств разного назначения, которое базируется на применении электронных аппаратов в системе управления. В России оно известно как числовое программное управление (ЧПУ).
ЧПУ является компьютеризированным комплексом, который управляет рабочими элементами устройства и контролирует выполнение задач. Любые движения таких элементов задаются управляющей программой для этого станка. Она формируется из команд, которые записаны на языке программирования устройства.
Компьютер сохраняет управляющую программу, и оператор всегда может ее использовать для выполнения определенной функции.
Справка : Система CNC расширяет возможности ранее применяемой системы NC. Ее основа — микроконтроллеры, логические контроллеры, а также компьютеры, основанные на микропроцессорах.
Методы создания и структура управляющих программ
Современное оборудование позволяет создавать программы для работы станков с ЧПУ несколькими способами:
● Написание программы вручную или в текстовом редакторе ПК. Необходимый этап в подготовке специалистов для работы на станках с ЧПУ. Подходит также как основной способ программирования на производствах, где в течение длительного времени выпускают несколько простых деталей, не прибегая к перестройке оборудования.
● Составление и ввод программы на стойке ЧПУ. Пульт управления большинства современных систем управления содержит клавиатуру и дисплей, что позволяет программировать и просматривать виртуальную имитацию процесса обработки непосредственно на рабочем месте. Многие системы позволяют производить ввод программ в «фоновом» режиме, когда станок занят обработкой заданной детали.
● Использование возможностей CAD-CAM систем компьютеризированной подготовки производства. Специальное программное обеспечение позволяет создать трехмерную модель детали, рассчитать и подготовить программу для ее производства. А также виртуально «изготовить» требуемую деталь, используя реальные данные о кинематике конкретного станка ЧПУ. Этот метод позволяет создавать управляющие программы быстро и точно, практически исключить ошибки программирования и связанную с этим порчу заготовок. Особенно высока эффективность данного способа при создании УП для изготовления особо сложных деталей.
Структурно программа в G-кодах состоит из кадров. Так называют группы команд, которые предназначены для совершения какого-либо завершенного действия. Кадры могут состоять и из одной команды. Об окончании каждого «кадра» сообщает знак перевода строки (ПС/LF). Каждая программа начинается с пустого «кадра», который состоит их знака «%», а заканчивается кодами М02 или М30, обозначающими соответственно финиш программы ЧПУ или окончание имевшегося в памяти информационного блока.
Указанная структура и язык подготовки программ для оборудования с ЧПУ закреплены в международных стандартах RS2740, ISO-6983-1.82, а также ГОСТ СССР 20999-83. Отечественные профильные специалисты часто используют обозначение «ИСО-7 бит», которое закрепилось за программами в G-кодах еще со времен СССР. Программисты компаний, которые разрабатывают и производят станки с ЧПУ, при подготовке программного обеспечения обязаны придерживаться требований мировых стандартов.
В некоторых случаях, когда разработчики наделяют свои системы дополнительными возможностями и некоторыми специальными функциями, могут иметь место определенные отклонения программного обеспечения от стандарта создания программ в G и M кодах. В таких случаях следует внимательно изучить документацию, которая должна быть предоставлена производителем оборудования.
Важнейшие детали оборудования
Обычно станина делается литой. Конструкция получается очень жёсткой, обладающей демпфирующим потенциалом. Если форма станины имеет сложную конструкцию, прибегают к сварочным работам.
Любой станок обязательно имеет направляющие скольжения. Благодаря силе трения, скорость движения рабочих механизмов становится минимальной. Линейные направляющие обеспечивают высокую точность перемещения.
Для обработки, заготовку закрепляют в шпинделе станка, имеющим несколько видов:
- Ротор с электродвигателем.
- Вращение осуществляется с помощью ремённой передачи.
Роторный шпиндель вращается со скоростью 100 тыс. об. мин. Этот механизм устанавливается на станки, производящие обработку сложных штампов, а также различных пресс-форм.
Ремённая передача не развивает такой высокой скорости. Обычно около 15 тыс. оборотов. Она предназначена для работы с более простыми деталями.
Немного истории
Однако современный этап истории станков с ЧПУ начался лишь спустя полтора столетия после изобретения Жаккара, в Соединенных Штатах Америки. После окончания второй мировой войны, в конце 40-х годов, Джон Пэрсонс — сын владельца компании Parsons Incorporated, попытался управлять станком при помощи специальной программы, которая вводилась с перфокарт. Какого-либо положительного результата Пэрсонс не достиг, поэтому обратился за помощью к специалистам в Массачусетский технологический институт.
Улучшать представленную их вниманию конструкцию сотрудники институтской лаборатории сервомеханики не стали, и про Пэрсонса быстро забыли. А про его идеи – нет. Создав собственную конструкцию, они инициировали покупку институтом компании, которая выпускала фрезерные станки. После чего руководство Массачусетского технологического института заключило контракт с Военно-воздушными силами США. В контракте шла речь о создании высокопроизводительных станков нового типа для обработки пропеллеров фрезерованием.
Управление работой фрезерного станка, который собрали сотрудники лаборатории в 1952 году, производилось по программе, считываемой с перфоленты. Эта конструкция оказалась слишком сложной, и желаемый результат достигнут не был. Однако история получила огласку, сведения о новой разработке попали в печать и вызвали большой интерес конкурентов. Свои разработки в данном направлении одновременно начали несколько известных фирм.
Наибольшего успеха добились конструкторы компании BendixCorporation. Выпущенное компанией Bendix NC-устройство c 1955 года пошло в серию и уже реально применялось для управления работой фрезерных станков. Новинка приживалась трудно, но благодаря заинтересованности и финансовой помощи военного ведомства, за два года было выпущено более 120 станков ЧПУ, которые существенно повысили производительность труда и точность выполнения станочных работ.
Уже тогда были отмечены бесспорные преимущества NC-системы числового управления станками: существенный прирост производительности труда и значительно более высокая точность обработки поверхностей. Но по-настоящему революционные изменения в области станков с ЧПУ состоялись, когда в качестве «умного» модуля, управляющего работой станков, были использованы специально разработанные микропроцессоры и микроконтроллеры. Технический термин «CNC», которым стали обозначать эти системы за рубежом, является аббревиатурой английских слов ComputerNumericalControl.
Возможности универсальных станков ЧПУ в обработке металла
Чаще всего в металлообработке применяется фрезерный станок консольного типа. Шпиндель в таком устройстве практически не может перемещаться и, соответственно, совершает крайне мало движений. Движение обеспечивает рабочий стол с закрепленной на нем деталью.
Подавляющее число подобных станков универсальны. Они предназначены для фрезеровки заготовок из стали, чугуна и цветных металлов.
На фрезерном станке доступно выполнение следующих операций:
- фрезеровка поверхностей с любым наклоном;
- фрезеровка уступов, пазов и канавок;
- фрезерование поверхностей фасонного и комбинированного типа;
- резка материала;
- резьбофрезерные работы;
- сверление;
- расточка;
- нанесение резьбы;
- обработка поверхностей со сложным профилем.
На токарном станке могут быть выполнены следующие операции:
- торцевание и обточка материала;
- отрезка заготовок, создание внутренних, торцевых или наружных канавок;
- сверление;
- шлифовка;
- обработка металлов и сплавов.
Механика
Современные материалы позволяют снизить влияние вибрации на станину. Износостойкие кинематические системы обеспечивают заданный режим безотказной работы. Температурные датчики передают информацию о состоянии опорных подшипников, гидравлической системы, бачках смазки и охлаждения. При недостатке протока масла в основной нагруженный узел — шпиндель — выдается сообщение о неисправности. Это позволяет сохранить целостность дорогостоящего элемента.
Перед началом работы автоматическая система подогревает смазывающее масло. Импульсное дозирование вещества на направляющие осуществляется по таймерам. Приводные системы постоянно отслеживают нагрузку на кинематические узлы при движении. После превышения тока отсечки выдается аварийный сигнал остановки через контроллер. После устранения неисправности ошибка квитируется наладчиком.
