• Механическая обработка и изготовление деталей из металла
  • Комплектация производства промышленным оборудованием
  • Комплексная поставка микроэлектронных компонентов
+7(342)203-78-58
Тех.отд: +7-922-308-78-81

Устройство станков с чпу: Устройство и принцип работы станков с ЧПУ, основы

Опубликовано: 27.05.2023 в 20:55

Автор:

Категории: Популярное

Содержание

Устройство и принципы работы станков с ЧПУ | Принцип работы и особенности эксплуатации

Дата публикации: 15/04/2022

Использование ЧПУ станков в современном производстве – это не дань моде, а закономерный процесс автоматизации с применением эффективных типовых решений. Автоматизация дает технологический и экономический эффект в виде сокращения времени на процессы, снижения зависимости от человеческого фактора и затрат, связанных с организацией рутинных операций. Обработка на станке ЧПУ позволяет производить детали высокого уровня точности и повторяемости в значительно более короткие сроки, чем это делает даже опытный оператор на обычном оборудовании. В этой статье мы рассказываем об основных принципах работы и общих моментах устройства станков, даем представление о том, что такое станок с ЧПУ. 

Содержание

  1. Принцип работы и общее понятие станков с ЧПУ

  2. Устройство токарного и фрезерного станка с ЧПУ

  3. Функциональная схема станка ЧПУ с программной и исполнительной частью

  4. Принципы программирования и взаимодействия со станками ЧПУ

  5. Эксплуатационные особенности станков с ЧПУ

  6. Возможности и особенности работы на станках ЧПУ на крупном производстве

Принцип работы и общее понятие станков с ЧПУ 

Представление о том, как работает станок с ЧПУ, строится на базовых принципах обработки материала и управления оборудованием. Любое оборудование с числовым программным управлением можно рассматривать как комплекс из нескольких составляющих ЧПУ станка:

  • функциональная часть включает инструмент и оснастку, основные части непосредственно обрабатывающей базы, рабочие поверхности и приводы;

  • исполнительная часть представляет собой приводы, обеспечивающие взаимодействие программной части и функциональной – шаговые и серводвигатели, гидравлические компоненты для управления поверхностями, узлы смены инструмента и позиционирования;

  • программная часть обеспечивает непосредственное управление ЧПУ станком через подачу заранее сформированных команд исполнительным механизмам и узлам;

  • система обратной связи представляет собой комплекс датчиков и узлов, выполняющих функции контроля процесса и измерения параметров.

В программной части станка с ЧПУ имеется аналитическая составляющая, которая принимает информацию от системы обратной связи и корректирует работу комплекса при обнаружении отклонений.  

Загруженный в программную часть станка алгоритм выполнения операций и циклов обрабатывается для формирования сигналов. Исполнительные механизмы позиционируют заготовку и инструмент. Функциональная часть выполняет непосредственно процесс механической обработки – точит, фрезерует, долбит, сверлит, зенкерует материал. Система контроля и обратной связи измеряет заготовку и снимает информацию о параметрах работы, чтобы передать ее в программную область. Таким образом создается и исполняется замкнутый цикл, позволяющий выполнить заданные операции с определенной точностью и последовательностью. 

Принцип работы станка с ЧПУ по металлу, дереву или иному материалу всегда общий, разница состоит в применении инструмента и оснастки. Область применения систем ЧПУ распространяется не только на операции с телами вращения – выпускаются прессы, штампы, разрезные станки, устройства намотки и размотки.

Устройство токарного и фрезерного станка с ЧПУ

Как работает ЧПУ станок по металлу становится понятно, если разделить процесс на описанные выше составляющие. В металлообработке наиболее распространенные операции с заготовками – точение, фрезерование, сверление, зенковка, долбление. Устройство токарного и фрезерного станка с ЧПУ по металлу или дереву имеет существенное различие в том, что в первом случае тело вращения – это обрабатываемая деталь, а во втором телом вращения является фреза, инструмент и оснастка. По принципу взаимодействия с заготовкой к фрезерному станку близок сверлильный, в котором вращается инструмент, а заготовка может подаваться в определенной позиции.

Общие принципы конструкции схожи – у станка имеется массивная станина, источник вращения и передачи крутящего момента (двигатель с приводом), точка (узел) фиксации тела вращения в виде шпинделя с патроном или другим узлом для установки инструмента/заготовки. Конструктивные особенности станков с ЧПУ выражаются в том, что ряд узлов и агрегатов предусмотрен для взаимодействия программной части с функциональной:

  • серводвигатели и шаговые двигатели перемещают заготовку, узел со шпинделем и суппорт токарного станка для подачи детали на обработку;

  • исполнительные приводы (гидравлические, шаговые) управляют положением поворотного или наклонно-поворотного стола для позиционирования заготовки;

  • в многоосевых станках ЧПУ и обрабатывающих центрах предусмотрены механизмы передачи заготовки на другую точку обработки;

  • в многофункциональных обрабатывающих центрах отдельная группа механизмов управляет сменой инструмента и шпинделя.

Лазерное раскройное оборудование по устройству и принципу отлично от того, как работает токарный или фрезерный станок ЧПУ. В роли инструмента и оснастки выступает лазерный излучатель, который выставляется в определенную точку и перемещается приводами, включается по команде программного модуля.

Функциональная схема станка ЧПУ с программной и исполнительной частью

С точки зрения функциональности любой станок с ЧПУ представляет собой комплекс из программной, исполнительной и механической частей. Если с механической составляющей все понятно, то принцип и состав модулей программирования, формирования команд и исполнения стоит рассмотреть отдельно.

Любая программа выполняется при условии ее ввода в цифровую часть оборудования и запуска. Для ввода самой программы и связанных с ней данных можно использовать перфоленту (устарело), магнитные носители (устарело), флэш-носитель, программируемый логический контроллер (ПЛК) и ПК через порт RS-232-C. В современных станках для оператора предусмотрен сенсорный дисплей, на котором отображаются заранее прописанные G-кодом команды на выполнение операций.

Введенные данные после запуска направляются в БУС – блок управления с функциями:

  • чтение и расшифровка введенных в виде кода инструкций;

  • интерполяция команд – формирование команд, которые передаются на исполнительные механизмы для движения оси инструмента и заготовки;

  • отправка команд на исполнительные механизмы и усилители;

  • прием, расшифровка и идентификация сведений от датчиков обратной связи, регистрирующих положение и движение (изменение положения) осей приводов.

Программная часть станка с ЧПУ условно «не видит» заготовку и инструмент, она имеет дело с осями и точками, которые отражают положение и размеры детали, положение и смещение рабочего стола и инструмента. Для обозначения осей детали применяются символы X и Y, для шпинделя символ Z.

Сформированные в БУС команды передаются на усилитель и оттуда непосредственно на приводы – шаговые, серводвигатели, гидравлические клапаны. Таким образом настраивается положение рабочего стола, шпинделя, суппорта токарного станка с ЧПУ или лазерной головки раскройного оборудования. Датчики измерительной системы определяют фактическое положение осей и передают данные в БУС, где происходит сопоставление с шаблонными значениями. Таким образом станок с ЧПУ проверяет исполнение команд и фактическое соответствие заданным параметрам.

Исходные данные о заготовке представляются в виде двухмерной или трехмерной модели, которая в процессе цифровой обработки преобразуется в облако точек с определенными координатами и привязкой к осям. Это современный подход, позволяющий работать с графическим представлением процесса без считывания станком бумажного чертежа.

Принципы программирования и взаимодействия со станками ЧПУ

Как и любая компьютерная система, ЧПУ для станка имеет платформу с исходным кодом, чаще всего закрытую для пользователя на уровне оператора, и функциональную надстройку для непосредственного программирования во время настройки и работы станка. Это по сути собственная операционная система, которая может быть совместима с распространенными модификациями ОС для компьютеров на производстве. Программист ЧПУ пишет программу – сценарий для выполнения технологического процесса обработки заготовки на языке G-code.

В зависимости от сложности платформы, станка и процесса обработки оператор вводит с помощью кнопок и иконок на дисплее G-коды определенных циклов и операций. Часть процесса обработки иногда называют кадром программы, который может состоять из нескольких действий. G-коды принято относить к одному из процессов обработки, типовых циклов, которые можно применять к любой заготовке, вводя данные осей и координат точек. Различают коды (кадры, операции) фрезерования, точения, сверления, зенкования, резки, штамповки и др.

Каждый цикл процесса – это завешенный кадр программы, составленной из набора последовательно выполняемых команд, прописанных в виде G-кода. Например, если рассмотреть, как работает токарный или фрезерный станок с ЧПУ FANUC, то коды по шагам будут разделены на подготовительные (настроечные) и исполнительные. Операции G00 — G04 позиционируют инструмент, G53 — G59 переключают системы координат. Коды G80 — G84 – циклические команды для сверления и нарезания резьбы на станке с ЧПУ.

В основе каждого кода и цикла лежит несколько обязательных элементов – задание начальной и конечной точки движения, траектория движения инструмента и заготовки, запуск и остановка шпинделя и пр. Некоторые циклы выполняются с обязательным возвращением в исходную позицию, более сложные программы ЧПУ позволяют считать начальной точкой каждую из пройденных в зависимости от вида процесса (кадра). 

У каждого производителя и каждой платформы ЧПУ имеется своя таблица кодов. В большинстве случаев это унифицированные команды, которые можно рассматривать как функциональную надстройку – например, система ЧПУ HAAS может быть установлена как исполнительная надстройка на систему Fanuc со своими G-code для операций и циклов. Производитель токарных и фрезерных станков ЧПУ Siemens применяет собственную систему SINUMERIK с аналогичными кодами на языке G-code.

Подробно писать об устройстве и программировании станков ЧПУ в ознакомительной статье нет смысла, каждый производитель выпускает документацию и присылает свои руководства по эксплуатации. В большинстве случаев оператор станка ЧПУ использует ввод кодов операций (действий) непосредственно с панели управления станка. Программист ЧПУ пишет процессы на ПК или ПЛК, готовые программы загружаются в БУС системы. В основном это нужно для крупных производств. Для небольших предприятий и относительно простых станков с ЧПУ достаточно базового набора кодов.

Эксплуатационные особенности станков с ЧПУ

Не стоит воспринимать станок с ЧПУ как сверхсложное устройство, пригодное только для больших производств. Система числового программного управления может использоваться на уровне мастерской и небольшого цеха, где процесс станочной обработки состоит из повторяющихся рутинных операций. Не менее важна возможность обработки деталей с высокой точностью и повторяемостью, что практически невозможно обеспечить при работе даже самых опытных станочников. При наличии и навыках применения конструкторских и проектировочных платформ класса CAD на ЧПУ можно изготавливать самые сложные профильные детали вплоть до прецизионной обработки металла.

На уровне эксплуатации в конкретных условиях важно правильно определять задачи и соответствие станка сложности процесса. Производители выпускают несколько видов комплексов ЧПУ с разными уровнями автоматизации:

  • станки ЧПУ «Сименс» серии 802 и аналоги других производителей можно настраивать и запускать, пользуясь обычными маховичками или загружая код ЧПУ;

  • относительно простые модели станков ЧПУ могут уверенно выполнять токарные и фрезерные операции в трех осях с неподвижным шпинделем, чего вполне достаточно для мелкосерийного производства;

  • многоосевые станки для обработки сложных деталей позволяют сократить количество промежуточных операций за счет изменения оси и выноса шпинделя, подвижности поворотных и наклонно-поворотных столов, револьверных патронов и инструментальных колонн;

  • обрабатывающие центры (ОЦ) ЧПУ применяются на крупных производствах, так как позволяют провести обработку деталей в несколько проходов разными инструментами с выбранным уровнем точности обработки для каждой операции

В платформах ЧПУ крупных производителей заложена возможность обращения к справочным материалам, выполнения цикла чистовой и черновой обработки, запуска последовательности программных кадров для заранее записанного и сохраненного процесса. Оператору следует с максимальной ответственностью относиться к сообщениям об ошибках, которые выдает информационная система станка при загрузке программы. 

Особенности конструкции создают ряд требований к наладке, запуску и обслуживанию станков с ЧПУ:

  • особое внимание следует уделять состоянию исполнительных узлов – приводов, направляющих и прочих элементов, от износа которых зависит точность обработки;

  • функциональная часть станка обслуживается по отдельному регламенту, разработанному для определенного типа оборудования;

  • программное обеспечение станка ЧПУ должно обновляться по мере выхода новых версий, от этого зависит возможность использования системы;

  • запчасти и комплектующие для станков ЧПУ должны быть указаны в описании производителя как рекомендованные, особенно важно это для аналогов и реплик от сторонних изготовителей. 

При смене программы на сохраненную или запуске нового процесса необходим пробный прогон полного цикла обработки детали, проверка показаний датчиков и анализ выданных сообщений об ошибках.  

Возможности и особенности работы на станках ЧПУ на крупном производстве

Компьютерная (цифровая) составляющая станка с ЧПУ позволяет существенно расширить возможности среднего и крупного производства, если интегрировать ее в систему управления и контроля. Существует несколько таких платформ, среди которых стоит выделить отечественную разработку DPA – систему организации производства на уровне участка, цеха, предприятия с оборудованием ЧПУ любого уровня. 

Функционал системы DPA позволяет объединить станки и ПК в общую сеть, которая будет собирать данные о работе в реальном времени, формировать отчеты по выбранным периодам и критериям, распределять задания и поддерживать функции доступа специалистов к настройкам оборудования. Объединение DPA со справочной частью станка ЧПУ и устройствами инженеров позволяет вывести производство на уровень системного управления для повышения эффективности и поддержания высокого качества. 

Принципы работы станков с ЧПУ — фрезерного и токарного


Принцип работы систем числового программного управления в станках. Рассмотрим основные преимущества станков с ЧПУ (токарных, фрезерных)

Обработка заготовок в автоматическом режиме по заранее заданному алгоритму возможна при помощи систем числового программного управления. Принцип работы ЧПУ станка основывается на компьютеризированном комплексе, который отвечает за функционирование режущего инструмента, чтобы он выполнял определенное задание. Все движения инструмента контролируются специально написанной управляющей программой (УП) на языках программирования, предназначенных для ЧПУ. Созданные программы можно сохранить в памяти и впоследствии использовать неограниченное количество раз.

Преимущества устройства и принципов работы станков ЧПУ

Универсальность и гибкость современных обрабатывающих комплексов обуславливается именно числовыми управляющими системами. Не только на мелком, но и на крупном производстве все чаще используют такие решения как альтернативу роботам-автоматам и узкоспециализированной оснастке станков. Хотя оборудование в этом случае обходится и дороже, но зато его можно гораздо быстрее перенастраивать, что в итоге дает экономические плюсы. Также некоторые детали высокой сложности вообще невозможно изготовить без многокоординатной обрабатывающей программы.

Выделяют следующие основные плюсы ЧПУ-систем:

  • наивысшая точность обработки;

  • универсальность;

  • повышенная производительность, поддержка высокоскоростной обработки;

  • практически полное отсутствие разброса по качеству в рамках каждой партии продукции;

  • упрощение процесса производство – достаточно один раз написать правильную программу, а затем только следить за ее надлежащим исполнением;

  • открытость систем – можно взять уже готовую программу и доработать ее так, как нужно в конкретном случае;

  • упрощение оснастки, а также переналадки на выпуск другой продукции.

Кроме того, такие устройства обслуживать значительно проще, чем ручные производственные системы.

Конструкция и принцип работы токарного станка с ЧПУ

Базовый компонент — станина, это литая либо сварная конструкция, на которой фиксируются прочие элементы. Сама станина обычно закрепляется на цементном полу при помощи анкеров, но также может устанавливаться и на виброопорах. Оснащена горизонтальными направляющими и передней бабкой, в которой располагается основной привод, шпиндель, коробка переключения скоростей.

Заготовка зажимается при помощи укрепленного на кончике шпинделя кулачкового патрона либо планшайбы. Есть также задняя бабка, размещаемая напротив передней, на продольных направляющих. Служит для того, чтобы фиксировать конец заготовки и инструменты, отвечающие за обработку отверстий в форме конусов, цилиндров.

Рабочие элементы ЧПУ-станка включают в себя:

  • Суппорт, при помощи которого позиционируют поворотную головку и резец инструмента. Состоит из верхних и поперечных салазок, держателя резца, каретки, механизма передвижения.

  • Коробка подач и коробка скоростей – если тип управления станком ручной, то они используются для корректировки шага резьбы либо скорости подачи.

  • Электрические приводы с цифровым управлением – служат для тех же целей, но в более современных устройствах.

  • Вспомогательные компоненты, такие как выключатели системы охлаждения, блокираторы защитного ограждения, переключатели позиционирования револьверной головки, зажимы и пр.

Что касается непосредственной электронной системы ЧПУ, то в числе ее компонентов обязательно присутствует микропроцессор, который обрабатывает программный код и преобразует его в реальные импульсы, а также контролирующий все процессы. Оперативная память – нужна для хранения информации о текущем процессе обработки и его особенностях. Постоянная память – в ней сохраняются готовые программы, а также настройки для станка. Помимо этого, в качестве вспомогательных устройств имеется плата подключения к компьютеру и USB-интерфейс для переноса программного обеспечения.

Операции, составляющие токарную обработку под числовым программным управлением, подразделяются на две разновидности: основные (непосредственно обработка металла или дерева) и вспомогательные (подготовительные и завершающие меры). Основные шаги, которые включает в себя последовательность:

  1. Фиксация заготовки при помощи зажимов, центровка, загрузка и прочие требуемые измерения.

  2. Фиксация вспомогательной оснастки, необходимой для изготовления конкретной детали.

  3. Установка режущего инструмента в поворотную головку или специальный держатель. Резец выбирается исходя из указаний в технологической карте.

  4. Задание скорости движения шпинделя и его запуск путем активации основного привода.

  5. Вывод резца в нулевую точку, расположенную на определенном расстоянии от поверхности заготовки и стола.

  6. Активация резца и наблюдение за его рабочим проходом.

  7. Отвод резца с продольного перемещения на поперечное. Новое задание позиции.

  8. Контрольное измерения геометрии обработанной детали. Расфиксация и снятие готового результата.

Производственный технолог исходя из принципов работы фрезерного станка с ЧПУ рассчитывает нормальные показатели времени на основные и вспомогательные действия. Затем с их учетом рассчитываются экономические показатели, относящиеся к производству конкретной детали. Коэффициент загрузки оборудования, благодаря автоматике, становится значительно выше, в то время как трудовые затраты сокращаются. Это относится практически к любым видам станочного оборудования: присадочным, листогибочным и т.д.

Читайте также

  • Система смазки ЧПУ станка

  • Смазка токарного станка

  • Рейтинг лучших станков по металлу

Любой станок нуждается в грамотном охлаждении и смазывании — для этого используются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Найти широкий ассортимент таких составов вы можете в каталоге нашего магазина. Мы гарантируем качество продукции, поставляемой от проверенных производителей, названия которых говорят сами за себя. Для вашего удобства есть доставка по Санкт-Петербургу и другим населенным пунктам.

Краткое руководство, чтобы узнать о них все