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.
Предназначение устройства ЧПУ
Числовое программное управление (ЧПУ) предназначено для нарезки резьбы на заготовках, выточке деталей из них и тому подобное без вмешательства человеческого фактора для избежание брака на производстве.
Благодаря довольно гибким настройкам они зарекомендовали себя намного лучше, чем человек, а из-за того, что брак у них минимален, станки, оснащённые такой системой, просто незаменимы на серийном производстве, где важно изготавливать множество деталей, которые соответствуют качеству. Также есть такие виды токарных работ, с которыми может справиться только числовое программное управление.
Если разделять станки с ЧПУ на виды, то нужно брать во внимание назначение и выполняемые им работы. В таком случае их можно разделить на пять видов:
- вертикально и горизонтально-фрезерные;
- консольные;
- продольные;
- широкоуниверсальные;
- инструментальные.
Основные преимущества
Если сравнивать с ручными станками, те, что оснащены ЧПУ, производительнее в четыре. Хотя диапазон производительности колеблется от заданных настроек и может составлять от полтора до пяти раз.
Благодаря тому, что в станке с ЧПУ совмещается гибкость универсального оборудования и высокая производительность автоматического станка решается проблема использования такой технологии как в серийном, так и единичном производстве.
Важно!
Благодаря новейшей электронике и лучшей вычислительной техники машиностроение, а именно изготовление деталей для автомобилей, выходит на преимущественно новый уровень.
Из-за того, что процесс становится практически полностью автоматизирован, потребность в квалифицированных работников, которые будут работать на станках, падает. Однако, к безработице это привести не сможет, так как теперь требуются мастера, которые будут следить за исправностью станка с ЧПУ. Благодаря этому без последствий поднимается качество работы.
Время, которое необходимо на пригоночные работы, значительно сохраняется из-за того, что детали делаются, можно сказать, по одному шаблону, поэтому они взаимозаменяемые.
Благодаря тому, что все программы по изготовлению новых изделий записаны в компьютер, пропала надобность переобучать персонал перед переходом на работу с новыми изделиями. Достаточно просто включить нужную программу.
Детали, которые делаются на станке с ЧПУ, изготавливаются намного быстрее. Кроме того, из-за отсутствия человека уровень брака и незавершённой работы значительно сокращаются.
Программирование
ЧПУ станок запускается автоматическом или полуавтоматическом режиме только при наличии числовых управляющих программ (УП). Она включает все действия и принципы, по которым будет работать четырехосной станочный прибор. При создании управляющей программы задаются:
- количество переходов и проходов;
- параметры обрабатываемой заготовки;
- основные характеристики рабочего инструмента.
УП создается на компьютере при помощи специальных приложений для работы со станками. Учимся работать на программах:
- AutoCAD;
- T-FlexCAD;
- SolidWorks.
На перечисленном программном обеспечении создаются трехмерные примеры, на основе которых изготовляются реальные детали. После этого указывается, какими работами будет реализовываться поставленная задача. Если Вы научитесь создавать управляющие программы, со станочным оборудованием будет работать легче.
Какие операции по металлу можно выполнять
Благодаря тому, что человеческий фактор был сведён к минимуму, операции по металлу стали значительно легче и приносят меньше брака. Получается так из-за программы, которая заложена в компьютер.
Она является таким своеобразным шаблоном, по которому компьютер понимает — готова деталь или нет. В этом разделе будет рассказано об операциях, которые может выполнять по металлу станок с ЧПУ.
Внешнее и внутреннее вытачивание деталей
Здесь всё просто, по крайней мере, для машины. Установленная заготовка, которая в будущем станет деталью, закрепляется на станке. Она может быть закреплена вручную или, если установлено соответствующее оборудование автоматически (чаще всего применяют именно автоматический вариант).
После начинается внешнее обтачивание детали при помощи либо лазера, либо лезвия, которое установлено на станок. Постепенно срезая лишнее, заготовка приобретает форму нужной детали. Так делается внешнее обтачивание деталей на станке с ЧПУ.
С внутренним всё примерно также, только с изменениями. После установки заготовки станок начинает сверлить, или как это называют по-другому, рассверливать отверстие у основания заготовки.
После того, как отверстие будет готов, компьютер сравнит его с шаблоном, который прописан в заданной программе. Если найдутся огрехи, он проанализирует — можно ли это исправить (как правило, да, ведь машины редко ошибаются). После заготовка шлифуется и деталь готова.
Продольная обработка заготовки
Продольная обработка — это метод, который применяют для изготовления полос, штрипсе, лент. В зависимости от программы, которая установлена в компьютер.
Такие работы на станке с ЧПУ выполняются преимущественно при помощи лазера, так как это позволяет избавиться от брака и ускоряет процесс работы. После установки заготовки, числовое программное управление на станке будет его обрабатывать в соответствии с заданным алгоритмом действий. Лазерный портал приводится в действие шаговыми двигателями, на котором он закреплён.
Черновая и чистовая обработка
Для начала что это вообще, такое. Черновая обработка металла состоит из подгона детали под нужный размер при помощи снятия слоёв металла.
Обычно в станке с ЧПУ эту роль выполняет компьютер после того, как деталь уже вырезана. Чистовая обработка идёт потом и представляет собой полировку поверхности изделия. Всё это станок выполняет по заданным алгоритмам.
Регулировка длины деталей
В программе, которую дают компьютеру, чётко прописаны размеры детали. Заготовки также дают подходящего размера. Перед тем, как вставить деталь, станок регулирует и настраивает сам себя для изготовления.
После этого он начинает выполнять работу, после чего сравнивает размер с теми, что были даны человеком. Если отклонений нет — деталь готова. Если есть — станок с ЧПУ начинает обтачивать деталь, снимая слои металла и регулируя длину.
Вытачивание пазов, выемок и отверстий
Пазы и выемки — это отверстия, которые делают на детали. Такие отверстия могут служить либо для того, чтобы в них могла войти другая деталь, либо для установки к какому-либо устройству. Станок с ЧПУ вытачивает такие отверстия при помощи лазера, делая при этом высокоточные разрезы.
Они могут быть прямоугольными, Т-образными, типа «ласточкин хвост», фасонными, сквозными, открытыми, закрытыми и другими. То, какой формы будет отверстие, зависит от детали и программы, которую человек установил в числовое программное управление.
Нарезание резьбы дюймового и метрического типа
Этот тип резьбы видели практически все. Она используется в основном для того, чтобы одна деталь могла прикручиваться к другой. Главными параметрами при изготовлении такой резьбы являются шаг и величина. Под шагом в данном случае имеется в виду:
- наружный диаметр, измеряемый между верхними точками резьбовых гребней, находящихся на противоположных сторонах трубы;
- внутренний диаметр как величину, характеризующую расстояние от одной самой нижней точки впадины между резьбовыми гребнями до другой, также находящихся на противоположных сторонах трубы.
Все параметры нужно вбить в компьютер станка, после чего он сам вырежет отличную и ровную резьбу при помощи лазера.
Справка! В любом случае параметры для изготовления резьбы на изделии вносятся человеком в компьютер станка, а тот, действуя согласно алгоритму, при помощи лазера делает превосходную резьбу.
Комплектующие
Набор комплектующих для оборудования с ЧПУ напрямую зависит от его типа. Однако есть детали общие для принципиальной конструкции таких станков:
- Станина — в зависимости от габаритных размеров оборудования может быть как напольной, так и настольной;
- Портал — комплект направляющих по которым рабочая часть перемещается в двух- трёхмерной оси координат;
- Силовые агрегаты — представляют собой сервоприводы, приводящие в движение портал, а также электродвигатель передающей вращательное движение шпинделю;
- Различные механические детали: рельсовые направляющие, валы, подшипники, муфты и т.п.;
- Контроллер управления — коммуникационная плата, на которой осуществляется запись программы, я датчики контролирующие работу устройства;
- Источники питания.
Устройство и принцип работы
Токарные станки, оснащённые ЦПУ, бывают трёх типов — контурного, позиционного и адаптивного. Каждый из них обладает своими преимуществами и может подходить для разных типов работ.
Первый тип станка нельзя назвать максимально самостоятельным, так как вмешательство со стороны человека необходимо для его работы. Работает он только по заданной оператором траектории.
Второй тип станков может выполнять работу с деталью точечным образом.
Третий тип — универсальный. Он может выполнять работу обоих станков, при этом обладая тем же функционалом, поэтому этот тип самый дорогой и самый полезный при производстве разных деталей.
Если сравнивать с более старыми аналогами, которые уже устарели, новейшие станки с установленной системой числового программного управления имеют повышенную жёсткость, что позволяет сократить время изготовления даже при довольно сложных типах работ. Такой уровень обеспечен особенностями устройства станков.
Токарный станок с ЧПУ состоит из:
- станины;
- шпиндельной или передней бабки;
- суппорта;
- коробки подач;
- электрической части;
- револьверных головок.
Станина является одной из главных частей любого станка, так как на именно на ней располагаются все остальные части станка. Шпиндельная (или передняя бабка) имеет две части станка: собственно, шпиндель и коробки для переключения скоростей на станке.
Ещё одна важная часть — это суппорт. Именно он регулирует скорость вращения заготовки, которая закрепляется в нижней и верхней каретках. Управляется суппорт с помощью одной из частей шпиндельной, а именно: коробки передач.
Револьверные головки тоже очень важны для работы станка, так как они производят автоматическую замену изношенного оборудования. Заготовка устанавливается в станок, а после он сам делает работу, используя заранее написанную оператором программу.
Основные составляющие станка ЧПУ
ЧПУ-станок состоит из следующих ключевых компонентов:
- устройства ввода данных;
- БУС (блока управления станком);
- исполнительного механизма;
- системы привода;
- системы обратной связи;
- пульта управления.
Через устройство ввода данных в станок загружают программу обработки объекта.
Устройствами ввода обычно становятся считыватели магнитных лент, считыватели перфолент и компьютеры, функционирующие через порт RS-232-C.
БУС управляет агрегатом, осуществляя следующие операции:
- читает и расшифровывает вводимые в него кодовые инструкции;
- выполняет круговую, линейную и спиральную интерполяцию, чтобы генерировать команды движения оси;
- передает команды движения оси в схемы усилителя, чтобы управлять механизмами оси;
- получает обратную связь касательно положений и скоростей всех осей привода;
- включает и выключает охладители или шпиндели, меняет инструмент, выполняет прочие вспомогательные функции.
ЧПУ-станки обычно оснащены подвижными столами и шпинделями, контролирующими скорости и положения. Исполнительные механизмы управляют шпинделями в направлении оси Z и столами — в направлении осей X и Y.
В системы приводов входят схемы усилителей, приводных двигателей и шарико-винтовых подшипников (ШВП). БУС подает сигналы о скорости движения и положении каждой оси на схемы усилителя. Потом эти сигналы усиливаются для приведения в действие двигателей привода. Эти двигатели вращают ШВП для настройки необходимого положения рабочего стола.
В систему обратной связи (также известную как измерительную) встроены датчики, они же преобразователи. Они постоянно контролируют скорость и положение режущих инструментов. Сигналы от датчиков поступают на БУС, где разница между исходными сигналами и сигналами обратной связи используется для генерирования очередной серии сигналов.
Пульт управления оператор может переместить в удобное для себя положение. Дисплей будет отображать команды, программы и прочие необходимые сведения.
Как написать управляющую программу
Программы для работы станков с ЧПУ делаются в три шага, на каждом из которых определяется — как будет выглядеть новая деталь:
- Создание трёхмерной модели. Этот этап — создание модели заготовки, с которой будет осуществляться работа. Этим, в основном, занимаются не операторы, а дизайнеры, так как не все так хорошо понимают, как сделать хорошую трёхмерную модель.
- Инструкция. Имея трёхмерную модель, оператор задаёт параметры, которые станок должен будет выполнить при работе с заготовкой чтобы получилась деталь.
- Тестовый запуск. Он необходим чтобы проверить — правильно ли была написана программа для работы. Ведь если плохую программу сразу, без теста, запустить на станке — он испортит все заготовки. Поэтому оператор смотрит — правильно ли станок выполняет работу с заданной программой, а после смотрит на результат и решает — требуется доработка или нет. Чаще всего она, конечно, требуется, но никаких критических ошибок она вывести не может.
После того как программа была установлена — станок готов к работе. Для написания таких программ существует пять специальных приложений:
- AutoCAD.
- T-FlexCAD.
- NanoCAD.
- ArtCam.
- SolidWorks.
Сейчас о каждой будет рассказано по отдельности
AutoCAD
Эта программа была разработана компанией Autodesk специально для автоматического проектирования токарных работ. В AutoCAD есть функции трёхмерного моделирования, а также возможность работы с трёхмерными данными сканирования, что позволяет не тратиться на дизайнеров. Но, из-за отсутствия трёхмерной параметризации эта программа не является лучшим выбором.
T-FlexCAD
Эта программа была разработана для разработки разного вида работ с токарными станками. Имеет все нужные для этого функции, но лучшим выбором не является и популярностью не пользуется.
NanoCAD
Эта программа может работать как с трёхмерными, так и с двухмерными моделями. С её помощью могут проводиться расчёты работ, готовятся 3D и 2D модели, разнообразные чертежи и ещё много чего. Благодаря этой программе значительно облегчается работа операторов.
ArtCam
Эта программа нужна исключительно для создания трёхмерной модели. Расчёты работ или что-то подобное на ней производиться не может, зато модели получаются очень качественные.
SolidWorks
Это уже непросто программа, а целый программный комплекс. Выпущен он был ещё в 1995 году, но до сих пор считается одним из лучших среди разработки программ для токарных станков системой ЧПУ. Правда, стоит этот программный комплекс прилично, зато принцип «цена равна качеству» он прекрасно показывает.
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.
Разновидности
Разновидностей токарных станков хватает для выполнения самых разнообразных работ. Всего их бывает пять штук:
- горизонтально токарно-револьверные;
- токорно-лобовые;
- токарно-карусельные;
- многошпиндельные;
- токарно-фрезерные.
Сейчас будет рассказано о всех по отдельности.
Горизонтально токарно-револьверные
Предназначены в основном для серийного производства деталей. При помощи патрона устанавливаются детали, которые и будут обрабатывать заготовку до того, как она станет деталью.
Токорно-лобовые
Этот станок используется для обработки деталей, диаметр которых превышает размер заготовки. В основном это железнодорожные колёса, маховики и прочие. Также он может удалять торцы, делать детали цилиндрической формы, протачивать канавки и так далее.
Токарно-карусельные
Такие станки предназначены для заготовок, которые весят по несколько тонн. Также заготовки для такого станка имеют диаметр больше их высоты. Благодаря патрону и установленным на него режущим частям есть возможность нанести резьбу на заготовку или сверлить отверстия.
Многошпиндельные
Как ясно из названия — в конструкции этого станка находятся несколько шпинделей, которые обеспечивают обработку заготовки до состояния детали в нескольких местах либо одновременно, либо посменно через каждый определённый промежуток времени.
Токарно-фрезерные
Токарно-фрезерные станки с установленным ЧПУ — универсальны. Они могут выполнять самые разнообразные работы с изделиями. Всё будет зависеть от того, какая программа была установлена в компьютер числового программного управления и от того, какие инструменты были установлены на патроны.
Данный станок может выполнять любые функции узконаправленной аппаратуры, будь то токарное, сверлильное, фрезерное. Он справится с любым типом работ.
Что на производстве можно запрограммировать
Запрограммировать можно всё, в чём есть блок ЧПУ — хоть станок для работы по дереву, хоть установку для лазерной резки, хоть манипулятор с точечной сваркой. Главное, чтобы нужные части производственного агрегата были снабжены приводами и датчиками.
Привод — это то, что заставляет что-либо двигаться. Например, чтобы сделать роборуку, нужно 5–6 приводов, которые будут приводить в движения сочленения роборуки. Приводу можно сказать: «Разогнись на столько-то градусов» или «Повернись так-то», и он будет приводить в движение то, что к нему присоединено.
Датчик — это штука, которая собирает какие-то данные. Например, скорость вращения, температуру, нажим, угол сгиба. Благодаря датчикам можно сказать: «разгибай привод такой-то, пока не почувствуешь датчиком нажима такую-то силу нажима».
Обзор современных моделей станков токарной группы с ЧПУ
По сравнению с более старыми моделями современные токарные станки стали более простыми в использовании, стали выполнять гораздо больше функций. Работа таких станков стала быстрее и лучше, предоставляя лучшее качество и меньшее количество бракованных изделий.
Таким образом, можно сказать, что за токарными станками с числовым программным управлением будущее. Благодаря ему количество брака вследствие недоработок человека стал практически нулевым, притом, что рабочие места никто не потерял — просто теперь специалисты, которые раньше работали на станках, теперь за работой этих станков следят, исправляя поломки и давая им новые программы.
Какими знаниями нужно владеть для работы со станком ЧПУ?
Для успешной работы на ЧПУ-станке надо уметь выполнять следующие операции:
- создавать модели деталей в графических редакторах;
- устанавливать программы в ОЗУ агрегата;
- задавать оптимальные режимы и параметры управления микрошаговыми двигателями.
По ходу работы надо будет визуально контролировать все технологические операции через панель, в реальном времени отображающую всю текущую информацию.
Наиболее распространенными системами программного управления сегодня являются Linux CNC, USB CNC, Mach3, OSAI, Fanuc, Rich Auto, OSP, Sinumerik, Heidenhain. Все они более-менее однотипны, и только Heidenhain заметно отличается от остальных по своему управлению.
