Станки с числовым программным обеспечением по праву считаются одним из важнейших изобретений последних лет в производственной сфере. Благодаря их появлению мощности предприятий возросли весьма значительно, возросло качество изделий, в то время как их себестоимость снизилось. Как следствие, прибыль производителей, обладателей станков ЧПУ (или станков CNC - Computer Numerical Control (англ.)) ощутимо возросла.

Человеческий фактор сведен к минимуму

В настоящее время необходимость вмешательства оператора станка минимальна. Станки ЧПУ работают на автономной основе. Функции оператора в основном связаны с подготовительными и финальными мероприятиями. Речь идет установке детали, ее снятии и т. п. В нынешних реалиях одному работнику по силам управлять несколькими станками одновременно.

Кроме того, повысились функциональные возможности станков. Для обработки различных деталей нужно просто подобрать соответствующую программу.

На принципиально иной уровень вышла и точность обработки элементов. Теперь можно выпускать сотни и тысячи одинаковых деталей. К тому же, обработке подлежат и такие детали, которые обычным станкам были не по зубам.

Производственный фонд предприятий нуждается в модернизации и обновлении. Желательная периодичность (в том числе

Основными показателями эффективности современного промышленного предприятия являются его конкурентоспособность и рентабельность. Промышленное предприятие должно выпускать качественную продукцию, чтобы успешно существовать на рынке. Качество продукцию, в свою очередь, будет зависеть от того, насколько хорошее оборудование используется во время производства. В рамках современной масштабной промышленности уже редко используются узкоспециализированные станки. Предпочтение отдается аппаратам, которые вмещают в себя функции нескольких узкоспециализированных станков, имеют большую производительность и рентабельность. Современные токарные станки по металлу с ЧПУ относятся к этой категории, благодаря чему нашли широкое применение в металлургической и строительной промышленностях.

Специфика токарно-фрезерных станков по металлу с ЧПУ

Токарно-фрезерные станки с применением ЧПУ заменили собой несколько станков, среди которых токарные и фрезерные. Аппараты позволяют выполнять большой спектр работ на одном рабочем месте без необходимости перемещения заготовки между станками. Современные токарно-фрезерные станки заменили устаревшее оборудование, которое имело малую эффективность и низкие показатели эргономики. Оборудование этого класса выделяют промышленного и кустарного (бытового) масштаба. Для промышленных целей создаются станки, которые имеют высокую мощность и производительность. Их отличает качественность и скорость проведения работ. Бытовые модели имеют компактные размеры, меньшую производительность и мощность.

Преимущества токарно-фрезерного оборудования с ЧПУ

Универсальное токарно-фрезерное оборудование с ЧПУ обладает множеством положительных сторон, среди которых следует выделить следующие:

1. Высокая производительность.
2. Высокая точность обработки и формирования заготовки. Числовое программное обеспечение формирует точную 3D-модель, по которой выполняются все работы. Погрешность в работе отсутствует.
3. Возможность создания базы шаблонов обработки деталей, а также использование информационных технологий с целью расширения спектра проводимых токарно-фрезерных работ.
4. Высокие показатели эргономики. Человеку с такими станками стало намного сподручнее работать: отпала необходимость бегать между различными станками и носиться с заготовкой. Это снижало продуктивность рабочего дня в целом. К тому же, благодаря ЧПУ был исключен человеческий фактор, который способствовал образованию бракованных деталей.
5. Долговечность и надежность.
6. Простота в эксплуатации и нетребовательностью в обслуживании.

Сегодня начинаем публиковать главы из учебника Ловыгина А.А., Васильева А.В. и Кривцова С.Ю. «Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система». Надеемся, данная информация о фрезерном оборудовании и технологии обработки на нем будет полезна начинающим операторам и наладчикам ЧПУ.

Сперва разберемся с преимуществами, которые имеет оборудование с числовым программным управлением над обычными станками.

На сегодняшний день практически каждое предприятие, занимающееся механической обработкой, имеет в своем распоряжении станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Станки с ЧПУ выполняют все те же функции, что и обычные станки с ручным управлением, однако перемещения исполнительных органов этих станков управляются электроникой. В чем же основное преимущество станков с ЧПУ и почему все большее число заводов предпочитает вкладывать деньги именно в современное оборудование с автоматическим управлением, а не покупать относительно дешевые универсальные станки?

Автоматизация производства

Первым очевидным плюсом от использования станков с ЧПУ является более высокий уровень автоматизации производства . Случаи вмешательства оператора станка в процесс изготовления детали сведены к минимуму. Станки с ЧПУ могут работать практически автономно, день за днем, неделю за неделей, выпуская продукцию с неизменно высоким качеством. При этом главной заботой станочника-оператора являются в основном подготовительно-заключительные операции: установка и снятие детали, наладка инструмента и т.д. В результате один работник может обслуживать сразу несколько станков.

Производственная гибкость

Вторым преимуществом является производственная гибкость . Это значит, что для обработки разных деталей нужно всего лишь заменить программу. А уже проверенная и отработанная программа может быть использована в любой момент и любое число раз.

Высокая точность и повторяемость обработки

Третьим плюсом является высокая точность и повторяемость обработки . По одной и той же программе вы сможете изготовить с требуемым качеством тысячи практически идентичных деталей. Ну и наконец, числовое программное управление позволяет обрабатывать такие детали, которые невозможно изготовить на обычном оборудовании . Это детали со сложной пространственной формой, например, штампы и пресс-формы.

Стоит отметить, что сама методика работы по программе позволяет более точно предсказывать время обработки некоторой партии деталей и соответственно более полно загружать оборудование .

Станки с ЧПУ стоят достаточно дорого и требуют больших затрат на установку и обслуживание, чем обычные станки. Тем не менее, их высокая производительность легко может перекрыть все затраты при грамотном использовании и соответствующих объемах производства.

Что такое ЧПУ

Давайте разберемся, что такое ЧПУ. Числовое программное управление - это автоматическое управление станком при помощи компьютера (который находится внутри станка) и программы обработки (управляющей программы) . До изобретения ЧПУ управление станком осуществлялось вручную или механически.

Осевыми перемещениями станка с ЧПУ руководит компьютер, который читает управляющую программу (УП) и выдает команды соответствующим двигателям. Двигатели заставляют перемещаться исполнительные органы станка - рабочий стол или колонну со шпинделем. В результате производится механическая обработка детали. Датчики, установленные на направляющих, посылают информацию о фактической позиции исполнительного органа обратно в компьютер. Это называется обратной связью. Как только компьютер узнает о том, что исполнительный орган станка находится в требуемой позиции, он выполняет следующее перемещение. Такой процесс продолжается пока чтение управляющей программы не подойдет к концу.

По своей конструкции и внешнему виду станки с ЧПУ похожи на обычные универсальные станки. Единственное внешнее отличие этих двух типов станков заключается в наличие у станка с ЧПУ устройства числового программного управления (УЧПУ), которое часто называют стойкой ЧПУ .

Стойка ЧПУ Heidenhain TNC 430.

Основная функция любого оборудования с ЧПУ – автоматиче- ское и точное управление движением рабочих органов. Любой станок с ЧПУ имеет два или более направления для движения, которые на- зываются осями. Причем движение по этим осям осуществляется точно и автоматически.

У всех станков используются две линейные оси, движение по которым осуществляется по прямому пути, и оси вращения, движе- ние по которым выполняется по кругу. На универсальном станке движение заготовки детали или инструмента порождается путем руч- ных операций, выполняемых станочником (например, вращением ру- кояток).

Вместо этого станки с ЧПУ оснащены сервомоторами, которые приводятся в действие системой ЧПУ, а та, в свою очередь, в точно- сти исполняет команды управляющей программы. Обобщая, можно сказать, что тип движения (ускоренный, линейный или круговой), оси перемещений, величина и скорость перемещения программируются во всех типах систем с ЧПУ.

Система ЧПУ, исполняя команды управляющей программы, по- сылает точное количество импульсов шаговому двигателю. Его вра- щение передается оси, с которой связан рабочий стол. Стол линейно перемещается. Устройство обратной связи, расположенное в проти- воположном конце оси, позволяет системе ЧПУ подсчитать, на сколько градусов повернулась ось, т. е. какое число импульсов реаль- но отработал шаговый двигатель.

Можно найти довольно грубую аналогию этому процессу. Вспомним о верстаке. Вращая ручку тисков, вы на самом деле вра- щаете и ось, которая в свою очередь раздвигает или сдвигает губки на тисках. По сравнению с верстаком линейные перемещения на станке с ЧПУ очень точные. Каждому вращению шагового электродвигателя точно соответствует линейное перемещение стола.

В условиях нормальной эксплуатации один станок с ЧПУ по- зволяет заменить от 2 до 6 единиц универсального оборудования, кроме того, значительно сокращается срок подготовки производства и длительность цикла изготовления продукции, возрастает гибкость.

Экономическая целесообразность использования станков с ЧПУ оправдывается, как правило, при обработке заготовок партиями от 15 шт. С целью увеличения эффективности использования дорого- стоящих станков с ЧПУ, особенно обрабатывающих центров (ОЦ), рекомендуется их эксплуатировать в режиме двух- и трёхсменной ра- боты.

Первое преимущество использования станков с ЧПУ заключает- ся в более высоком уровне автоматизации. Случаи вмешательства станочника или оператора в процесс изготовления детали могут быть исключены или сведены к минимуму. Большинство станков с ЧПУ могут работать абсолютно автономно в течение всего процесса обра- ботки заготовки детали, поэтому оператор-станочник может выпол- нять другие задачи. Предприятия, применяющие ЧПУ, получают до- полнительные преимущества: уменьшение числа ошибок оператора- станочника, а также предсказуемость времени обработки и более полная загрузка оборудования. Поскольку станок будет управляться при помощи программы, квалификация оператора станка с ЧПУ мо- жет быть значительно ниже по сравнению с образованием станочни- ка, работающего на универсальном оборудовании.

Второе преимущество использования технологии ЧПУ заключа- ется в более точном изготовлении детали. Сегодня производители станков с ЧПУ говорят о высочайшей точности и надежности обору- дования. Это означает, что однажды отлаженная управляющая про- грамма может быть использована на станке с ЧПУ для производства двух, десяти или тысячи абсолютно идентичных деталей, причем при полном соблюдении требований к точности и взаимозаменяемости.

Третьим преимуществом применения любого оборудования с ЧПУ является гибкость. На оборудовании с программным управлени- ем изготовление разных деталей сводится к простой замене управ- ляющей программы. Проверенная управляющая программа может быть использована любое число раз и через любые промежутки вре- мени. Это также является еще одним преимуществом, а именно, воз- можностью быстрой переналадки оборудования.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВ С ЧПУ

Основными техническими характеристиками являются следую- щие :

1. Класс точности . Обозначается следующими буквами: П- повышенной точности; В-высокой точности; А-особо высокой точности, С-особо точные (прецизионные). По каждому классу точ- ности и группе станков нормируется допустимая величина погрешно- сти.

2. Вид устройства ЧПУ (УЧПУ) обозначается индексами, вхо- дящими в наименование модели станка: Ф1 – станки с цифровой ин- дикацией (в том числе с предварительным набором координат); Ф2 – станки с позиционными и прямоугольными системами управления; Ф3 – станки с контурными прямолинейными и криволинейными сис- темами управления; Ф4 – станки с универсальной системой управле- ния для позиционно-контурной обработки; Ц – станки с цикловым программным управлением.

3. Основные параметры станка : наибольший диаметр обраба- тываемого изделия (для токарных станков); наибольший диаметр сверления, (для сверлильных станков); диаметр расточного шпинделя (для расточных станков); ширина стола (для фрезерных станков) и т. д.

4. Наличие инструментального магазина .

5. Наличие устройства автоматической загрузки заготовок .

6. Габарит станка и его масса .

7.Число управляемых координат и число одновременно управ- ляемых координат .

Число одновременно управляемых координат определяет траек- торию движения инструмента относительно заготовки.

При сложной обработке на фрезерных, токарных и многоцеле- вых станках используют УЧПУ с непрерывным (контурным) управ- лением одновременно по нескольким координатам. Существуют УЧПУ с управлением одновременно по трем, четырем и пяти коор- динатам. Последние используются в станках со сложной траекторией инструмента. В токарных станках обычно применяются УЧПУ с од-

новременным управлением по двум координатам, а в токарно- револьверных и токарно-карусельных – по трем координатам.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ СТАНКОВ С ЧПУ

Станки с ЧПУ требуют высокой точности исполнения команд на перемещения (1-2 мкм для большинства станков).

Для прецизионной обработки на станках с ЧПУ необходима вы- сокая точность изготовления всех его деталей, узлов и станка в це- лом. Точность станка определяется точностью изготовления его дета- лей и узлов (особенно направляющих корпусных деталей, несущих инструмент и заготовку), точностью изготовления приводов меха- низмов, качеством сборки станка, жесткостью его элементов, зазора- ми в сопрягаемых деталях, условиями трения в направляющих при перемещении рабочих органов и др. Жесткость шпинделя и других ответственных узлов станка должна превосходить жесткость анало- гичных узлов, предназначенных для традиционных станков.

При трогании с места исполнительный орган начинает движение не одновременно с действием управляющего сигнала, а только после того, как будут выбраны зазоры в передачах, произойдет некоторая деформация элементов, а усилие, воздействующее на управляемый орган, превзойдет сопротивление сил трения и сил резания. Действие указанных факторов особенно важно учитывать при конструировании ходовых винтов - последних звеньев передач к исполнительным ор- ганам большинства металлорежущих станков с ЧПУ. Именно поэто- му в станках с ЧПУ используют шарико-винтовые пары, отличаю- щиеся высокими точностью, износостойкостью и жесткостью благо- даря применению гаек с предварительным натягом и большему диа- метру ходового винта. Последний жестко крепится в осевом направ- лении, для чего используют упорные подшипники с предваритель- ным натягом.

В станках с ЧПУ, по сравнению с традиционными станками, ки- нематические цепи, передающие движение от двигателя к исполни- тельному механизму, значительно короче благодаря применению ав- тономных приводов для всех рабочих движений. Коробка скоростей

токарного станка имеет жесткий шпиндель с широким диапазоном частоты вращения. Эти конструктивные особенности позволяют зна- чительно увеличить статическую и динамическую жесткость приво- да.

Станки с ЧПУ оснащаются направляющими качения, обеспечи- вающими высокую точность перемещений исполнительных механиз- мов, а также беззазорными механическими передачами.

Точность перемещения рабочих органов в большой степени за- висит от точности срабатывания по времени механизмов останова: электромагнитных муфт, электродвигателей, тормозных устройств. Для уменьшения времени торможения и пуска конструкторы стре- мятся уменьшить маховые массы вращающихся деталей и электроме- ханическую постоянную времени привода.

Дискретность (цена импульса) - это перемещение механизма, соответствующее одному импульсу управляющей программы. Дис- кретность перемещения определяет значение ошибки, обусловленной представлением траектории движения в цифровой форме. Чтобы сни- зить эту погрешность, целесообразно уменьшить дискретность. Од- нако это приводит к увеличению управляющей частоты для обеспе- чения требуемой скорости перемещения. При возрастании частоты усложняются УЧПУ, привод подач и измерительные преобразователи обратной связи. Кроме того, снижение дискретности не везде являет- ся оправданным, так как система станок - деталь может вносить су- щественно большие погрешности. Исходя из требований точности и производительности в станках фрезерной и сверлильной групп в большинстве случаев принимается дискретность 10 мкм, для много- целевых, координатно-расточных, шлифовальных, электроэрозион- ных вырезных станков 0,5-1 мкм. В токарных и фрезерных станках повышенной точности дискретность не должна превышать 1 мкм.

Основные требования, которые должны быть выполнены при проектировании станков с ЧПУ, представлены на рис 1.2.

2013/09/11

Токарно-фрезерные станки подходят для изготовления деталей для машиностроительной и приборостроительной областей, а также для обработки деревянных изделий для производств по выпуску мебели. Их используют всюду, где нужно обработать метал, камень или дерево.

Фрезерный станок с ЧПУ

Фрезерный станок с ЧПУ – это автоматизированное, высокотехнологическое оборудование, с помощью которого осуществляется нарезка на деталях внешней и внутренней резьбы, раскройка материала, обработка профилей.Он подходит для любого предприятия, где требуется обработка и придание нужной формы деталям.

Конструкция почти не отличается от таких же станков без данной системы. Но они имеют горизонтальное и вертикальное положение шпинделяи отличаются количеством координатных перемещений фрезерного стола, которое зависит отмощности оборудования. Также они могут быть одно-и много инструментными.Инструменты в шпиндель могут крепиться как автоматически, так и вручную. Процесс управления осуществляется в двухмерном или трехмерном пространствах. Последние,обычно используется в самолето- и вертолетостроении, то есть там, где требуется высокая точность деталей. В станках данного вида используют двигатели разной мощности. Их мощность зависит от требований заказчика, с помощью которых достигается оптимальное соотношениекачества деталей и количества затраченной электроэнергии.

В зависимости от компоновки токарно-фрезерные станки с ЧПУ подразделяют на группы:

1. Вертикально-фрезерные;
2. Продольно-фрезерные;
3. Консольно-фрезерные;
4. Инструментальные широкоуниверсальные.

Преимущества фрезерных станков:

• Удобное управление процессом
• Высокая производительность
• Не обязательное привлечение оператора
• На одном станке можно обрабатывать разные материалы
• Мульти функциональность.

Токарные станки с ЧПУ

Токарные станки используют для сверления, растачивания, точения, торцевания, отрезания, а также гравирования, фрезерования и маркировки (на токарно-фрезерных станках с ЧПУ), то есть там, где нужна обработка внешних и внутренних заготовок и деталей.

Главным отличием токарных станков с ЧПУ от управляемых вручную является то, что основные их части двигаются с помощью электроники, которая состоит из системы приводов, двигателей и программного управления. Они оснащены револьверными головками с функцией замены инструментов. Головки, в свою очередь, снабжаются осью С и механизмом приводов инструмента, что превращает их в обрабатывающие центры с ЧПУ, с помощью которых осуществляется фрезеровка, гравировка и т.д.

Отличительные свойства токарно-винторезного станка с ЧПУ:

• Гибкость при изготовлении (смена программы при работе с другим материалом, при этом уже проверенную программу можно использовать в любое время)
• Больший период наработки на отказ. Достигается за счет наличия шарико-винтовых передач и системы смазки направляющих.
• Высокая частота ЧПУ обработки и точность исполнения (с помощью одной программы можно выпустить несколько тысяч изделий необходимого качества и формы)
• Высокая автоматизация производства. Станки работают почти автономно, при этом качество остается неизменным. Оператору нужно только снимать/устанавливать детали, менять инструмент и т.п.Хватит одного человека, чтобы контролировать ряд станков с ЧПУ.

Стоит отметить, что благодаря автоматизации процесса работы на токарных станках с ЧПУ можно точнее определить время, необходимое на обработку нужной партии заготовок, а значит максимально эффективно использовать токарное оборудование. Также при обдуманной эксплуатации и небольших объемах производства,