ЧПУ: принцип работы станков и расшифровка понятия

ЧПУ: принцип работы станков и расшифровка понятия

Многие начинающие мастера по изготовлению мебели сталкиваются с необходимостью создания фасадов на основе плит МДФ. Причем требования к изделиям в условиях высокой конкуренции – достаточно высоки.

Изделия должны быть качественными, отвечать современным стандартам и трендам, кроме того, чтобы иметь стабильный поток клиентов, их заказы предприниматель должен выполнять как можно быстрее. Сделать работу качественно и быстро можно лишь при условии применения технологичных приспособлений для работы. В данном случае – это станки с ЧПУ. Что они представляют собой и как работают, мы и расскажем ниже.

Токарные станки с ЧПУ

Самый распространенный тип станков с числовым программным обеспечением — токарный.

Подразделяются по конструкции на:

  • револьверные;
  • патронно-центровые.

Основной отличительной особенностью токарно-револьверных станков с ЧПУ (рис. 1) является наличие револьверной головки.

Рисунок 1. Токарно-револьверный станок с ЧПУ.

Револьверная головка устанавливается параллельно или перпендикулярно шпинделю и имеет несколько степеней свободы. Иногда револьверных головок устанавливается две, что расширяет технологические возможности станка и ускоряет процесс обработки. В большинстве случаев несколько или все патроны головки оснащаются собственным приводом для осуществления металлорежущих операций при помощи осевого инструмента. Токарные станки с револьверной головкой могут иметь один или два шпинделя. Двухшпиндельные станки, помимо возможности обработки деталей большой длины, часто оснащаются программным механизмом перехвата делали из одного патрона в другой. Это позволяет осуществлять широкий комплекс металлорежущих операций без перестановки детали, что так же сокращает время на изготовление и увеличивает производительность. Часто подобные станки способны за один установ изготовить полностью законченную деталь.

Патронно-центровые токарные станки (рис. 2) предназначены для патронных и центровых работ, обработки прямолинейных и криволинейных поверхностей тел вращения, сверлильных и прочих операций.

Рисунок 2. Патронно-центровой станок.

Инструментальная головка способна вмещать несколько резцов различного предназначения (обычно от 4 до 10). Патронно-центровые станки имеют подвижный суппорт, который перемещается на роликовых опорах.

Виды станков с ЧПУ

В этом руководстве мы сосредоточимся на станках, которые обрабатывают материал с помощью режущих инструментов. Они являются наиболее распространенными и имеют самый широкий спектр применения. Так же существуют и другие станки с ЧПУ. Лазерные, плазменные и EDM — Электроэрозионные.

3-х осевые станки с ЧПУ

Фрезерные и токарные станки с ЧПУ служат примерами 3-осевых систем. Эти «базовые» станки позволяют перемещать режущий инструмент по трем линейным осям относительно заготовки (влево-вправо, назад-вверх и вверх-вниз).

Фрезерные с ЧПУ

  • Заготовка удерживается неподвижно прямо на станине станка или в тисках.
  • Материал удаляется из заготовки с помощью режущих инструментов — фрез или свёрл, которые вращаются с высокой скоростью;
  • Инструменты прикреплены к шпинделю, который может двигаться вдоль трех линейных осей.

3-осевые фрезерные станки с ЧПУ — самые широко известные. Их используют в основном для производства самых распространенных геометрий. Относительно просты в программировании и эксплуатации, поэтому затраты на обработку, относительно невелики.

Доступ к инструменту, при фрезеровке с ЧПУ ограничен конструкцией. Поскольку есть только три оси для работы, некоторые области заготовки могут быть недоступны. В целом – это не большая проблема, если заготовку нужно вращать только один раз. Но если требуется несколько вращений, затраты на обработку могут быстро увеличиться.

  • Может производить большинство деталей с простой геометрией;
  • Высокая точность и жесткие допуски.
  • Есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии;
  • Ручное перемещение заготовки снижает достижимую точность.

Токарные станки с ЧПУ

Заготовка удерживается на шпинделе при вращении с высокой скоростью.

Режущий инструмент или центральное сверло обрабатывает внешний или внутренний периметр детали, образуя геометрию.

Инструмент не вращается. Он движется радиально и продольно.

Токарные станки с ЧПУ широко используются, потому что с их помощью можно производить детали с гораздо большей скоростью и с меньшими затратами на единицу, чем на таких же станках без поворотного устройства. Это особенно актуально для больших объемов работы.

Основное ограничение конструкции токарных станков с ЧПУ заключается в том, что они могут изготавливать только детали с цилиндрическим профилем (например, винты или шайбы). Чтобы преодолеть это ограничение, детали часто подвергаются фрезерной обработке с ЧПУ на отдельном этапе. В качестве альтернативы, используются 5и-осевые токарно-фрезерные станции с ЧПУ. С их помощью можно добиться нужных результатов за один процесс.

  • Самая низкая стоимость за деталь на выходе, чем при других способах обработки с ЧПУ;
  • Очень высокие производственные возможности.
  • Может производить только детали с радиальной симметрией и простой геометрией

5-осевая обработка с ЧПУ

Многоосевые станки с ЧПУ бывают трех вариантов: 5-осевые индексированные фрезерные станки, 5-осевые фрезерные станки с непрерывной обработкой и токарно-фрезерные с рабочим инструментом.

Эти системы, по сути, являются станками с дополнительными степенями свободы. Например, 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ позволяют вращать станину станка или головку инструмента (возможно, сразу всё вместе), в дополнение к трем линейным осям перемещения.

Широкие возможности этих машин влекут за собой их повышенную стоимость. Они требуют как специализированной техники, так и операторов с экспертными знаниями. Для очень сложных или оптимизированных по топологии металлических деталей приоритетнее будет 3D печать.

Индексируемое 5-осевое фрезерование с ЧПУ

  • Во время обработки режущий инструмент может двигаться только вдоль трех линейных осей.
  • Между операциями платформа и головка инструмента могут вращаться, давая доступ к заготовке под другим углом.

Индексированные 5-осевые фрезерные системы с ЧПУ также известны как 3+2 фрезерные станки. Они используют две дополнительные степени свободы, только между операциями обработки для вращения заготовки.

Основным преимуществом этих систем является то, что они устраняют необходимость ручного перемещения заготовки.Таким образом, детали с более сложной геометрией могут быть изготовлены быстрее и с большей точностью, чем на 3-осевом станке с ЧПУ. Хотя им не хватает возможностей для непрерывных операций.

  • Исключает необходимость ручного перемещения
  • Производит детали со сложной геометрией быстрее и с большей точностью, чем на 3-х осевом станке
  • Более высокая стоимость, чем 3-осевая обработка с ЧПУ
  • Невозможно воссоздать мелкие детали на заготовке

Непрерывное 5-осевое фрезерование с ЧПУ

  • Режущий инструмент может перемещаться вдоль трех линейных и двух осей вращения относительно заготовки.
  • Все пять осей могут двигаться одновременно во время всех операций обработки.

5-осевые фрезерные системы с ЧПУ, работающие непрерывно, имеют архитектуру, аналогичную индексируемым 5-осевым фрезерным станкам. Однако они позволяют перемещать все пять осей одновременно во время всех операций обработки.

Таким образом, можно изготавливать детали со сложной, органичной геометрией, которые невозможно изготовить с таким уровнем точности при помощи другой технологии. Эти передовые возможности стоят дорого, так как не дёшево само оборудование, и для работы на нём требуются высококвалифицированные кадры.

  • Такие станки производят сложные детали с точностью, которой невозможно добиться при использовании другого оборудования
  • Очень гладкие органичные поверхности с минимальными следами обработки
  • Крайне высокая стоимость
  • Всё ещё есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии
Читайте также  Как правильно одеть цепь на бензопилу

Фрезерные токарные станции с ЧПУ

  • Заготовка прикреплена к шпинделю, который может либо вращаться с высокой скоростью (например, в качестве токарного станка), либо располагать его под точным углом (как 5-осевой фрезерный станок с ЧПУ).
  • Токарные и фрезерные инструменты используются для выборки материала из заготовки, образующей деталь.

Фрезерные токарные станции с ЧПУ — это, в основном, токарные станки оснащенные фрезерными инструментами. Их разновидностью служат токарно-фрезерные станции швейцарского типа, которые обычно имеют более высокую прецессию.

В токарных станках используются преимущества, как высокой производительности токарной обработки, так и геометрической гибкости фрезерования. Они идеально подходят для изготовления деталей с «рыхлой» осевой симметрией (например, распредвалы и центробежные рабочие колеса) при гораздо более низкой стоимости, чем другие 5-осевые системы обработки.

  • Самая низкая стоимость среди 5-осевых систем обработки с ЧПУ
  • Высокие производственные возможности и свобода дизайна
  • Всё ещё есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии
  • Больше всего подходит для деталей с цилиндрическим контуром

Шпиндель

Шпиндель можно является сердцем фрезерного станка. Он обеспечивает и скорость и качество реза, поэтому при выборе станка ему следует уделить пристальное внимание. С самого начала необходимо узнать производителя, оценить его авторитетность и рекомендуют ли его практикующие люди.

Посмотрите на тип шпинделя, они бывают воздушного и водяного охлаждения.

Шпиндели с воздушным типом охлаждения более просты в обращении, но являются более шумными и имеют одну нехорошую особенность, а именно склонность к засорению охлаждающей крыльчатки продуктами резки (пыли и стружки) и, соответственно перегреву, что сильно сокращает срок службы.

Более универсальным на наш взгляд являются шпиндели с водяным охлаждением, они защищены от засорения и могут работать с любыми материалами. При правильно настроенной системе охлаждения перегрев шпинделя с водяным охлаждением исключен, и следовательно увеличивается долговечность.

Ну и еще немаловажно посмотреть мощность шпинделя. Чем она выше, тем производительней будет станок, будет делать больше выборку за один проход. Это сильно влияет на производительность.

Система CNC или числовое программное управление

По сравнению с обычным числовым управлением CNC (Computerized Numerical Control или ЧПУ являются гораздо более гибким устройством и поддерживают внесение изменений в программу.

Здесь не нужно создавать громоздкие проволочные связи, достаточно лишь изменить данные в накопителе, а это значит, что программирование связей заменяется на программное обеспечение. Благодаря интеграции микрокомпьютера перепрограммируемого управления выполнение всех функций NC обеспечивается микропроцессорами.

Описание NC — функций — это пользовательские программы, которые заложены в жестком диске. Чем больше функций должен выполнять станок, тем больший объем памяти жесткого диска необходим для его работы. Из-за высокого производственного объема современные ЧПУ системы оснащаются многоядерными процессорами.

Благодаря программно-технической реализации функций чу сокращается число потенциально подверженных повреждениям элементов в блоке управления. Дефицит тестирования и оптимизации числового программного обеспечения, которое в среднем изменяется 3-4 раза, благодаря CNC-системам становится не таким критичным, как раньше. Для предприятий без организации обработки данных во время подготовительных работ станки ЧПУ позволяют наладить экономичное автоматизированное производство.

Разновидности фрезерных станков с ЧПУ

Благодаря своей универсальности и возможности обрабатывать материалы различной твёрдости, применяются во многих областях промышленности и народного хозяйства. Обрабатываются заготовки из камня, пластика, металла, керамики или дерева. Специальные деревообрабатывающие модели вытачивают различные элементы при изготовлении мебели.

Особое место занимают гравировальные модели, выполняющие технологические операции, недоступные универсальному оборудованию. Процесс заключается в точном копировании по готовому шаблону, что гарантирует абсолютное повторение сложнейших элементов. Выполняет гравировку по заданному контуру любой формы, повторяет сложнейшие надписи, узоры.

Конструкция

Токарный станок с ЧПУ по металлу, применяемый сегодня множеством производственных организаций, представляет собою современное устройство, посредством которого возможно очень точно обрабатывать металлические заготовки. Станки токарные располагают некоторыми особенностями конструкции:

  • в передаточных приводных элементах данного оснащения почти нет промежутков;
  • несущие части, которые имеются в ЧПУ станке, являются достаточно жесткими;
  • кинематические цепи располагают небольшой длиной. Число механических передач, составляющих цепи, довольно мало;
  • в станке токарном ЧПУ есть особые сигнализаторы, которые предназначены для обратной связи;
  • оборудование весьма устойчиво к вибронагрузкам, которые всегда возникают при обработке деталей;
  • гидравлика и иные части устройства перед началом обработки прогреваются посредством особых систем. Благодаря этому уменьшается вероятность термодеформации при работе оборудования.

На токарный автомат с ЧПУ ставятся направляющие, которые характеризуются высокой износоустойчивостью, сниженным коэффициентом трения. Благодаря этому обеспечивается отличная точность металлорежущей обработки, уровень рассогласования уменьшается, все подвижные части двигаются по установленным параметрам с наивысшей точностью.

Направляющие элементы токарного станка сделаны таким образом, что при высокоскоростной обработке и быстром нагревании коэффициент трения не меняется. В качестве элементов качения выступают специальные ролики.

Разумеется, направляющие станков ЧПУ токарных, на которых металлические заготовки обрабатываются на больших скоростях, должны быть достаточно жесткими. Жесткость достигается посредством натягивания, выполняемого особыми регулирующими агрегатами. Для уменьшения трения направляющие части станка токарного с ЧПУ производят из определенных материалов. Направляющие могут быть пластиковыми (фторопластовыми), чугунными, стальными. От их расположения зависит то, к какой группе станков будет причислено оборудование. Направляющие обычно располагаются по горизонтали, вертикали либо под наклоном.

Для придания жесткости несущим частям устройства их делают в коробчатой форме, с поперечными и продольными гранями внутри. Производство осуществляется посредством литья, сваривания. Если в прошлом для изготовления несущих частей токарного станка применяли лишь чугун/сталь, то сегодня множество иностранных предприятий делают колонны, станины и салазки из бетона, в который добавлены полимерные либо гранитные элементы. Это обеспечивает им хорошую жесткость, высокую стойкость к вибронагрузкам.

Значимой частью всякого металлорежущего оснащения считается шпиндель, который испытывает серьезные нагрузки при выполнении токарной обработки. Ввиду этого все основные и посадочные части шпинделя, его шейки должны иметь высокую износостойкость. Подшипники, устанавливаемые в опоры шпинделя, позволяют ему точно вращаться.

У токарных станков по металлу с ЧПУ шпиндель конструктивно более сложен. Обусловлено это тем, что в него монтированы вспомогательные элементы: зажимы для рабочих приспособлений, которые функционируют автоматически; датчики, предназначенные для диагностирования оснащения и адаптивного управления обработкой. На токарном оборудовании с числовым программным управлением шпиндель может располагаться горизонтально либо вертикально.

Обрабатывающий центр 1728С

Это часто встречающийся аппарат, который способен выполнять несколько разных функций:

  • работа сверлом непосредственно прямо и под необходимым углом;
  • фрезеровка контурная и стандартным методом;
  • заточка и расточка.

Обработка необходимой детали происходит в патроне или в его центре. Точность при обработке обеспечивается за счет особенностей механизмов:

  1. Главные узлы отличаются прочностью и устойчивостью к вибрациям.
  2. Подшипники в этом устройстве имеют высокую точность.
  3. Специфические термосимметричные элементы помогают предотвратить деформацию, вызванную колебанием температур.
  4. Система числового управления отличается надежностью и налажена по последнему слову техники.

Данная конструкция помогает обработать различные детали диаметром до 40 см и длиной до трех метров.

Особенности программирования, применяемые в станках с ЧПУ

Программирование осуществляется с использованием определённых, понятных цифровой обрабатывающей системе, алгоритмов и наборов функций, выполняемых обрабатывающим станком.

Читайте также  Козырьки над калиткой

Особенности программирования зависят не только от качества команд, которые подаются оператором, но и от возможностей каждого конкретного станка (производственной линии).

Например, многие фрезерные станки позволяют обеспечить программируемое движение только инструмента, в этом случае оператору бессмысленно будет вводить команды для движения рабочего стола: станок не сможет их выполнить.

В то же время существуют станки, которые позволяют выполнять значительно большее количество функций и операций по обработке. В этом случае и набор подаваемых оператором команд должен быть значительно богаче.

Многие современные станки позволяют обрабатывать такое количество команд, что от оператора требуется только менять заготовки (детали) и следить за качеством используемого инструмента.