история, классификация ⭐ АО КоСПАС

Системы ЧПУ для станков: просто о сложном

 Многое из того, что мы видим в окружающем нас материальном мире, изготовлено при помощи станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Использование возможностей электроники и вычислительной техники для эффективного и оптимального управления промышленным оборудованием позволило повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции. А при массовом производстве  — значительно снизить затраты на ее изготовление.

О том, как избавиться от однообразной и монотонной работы, и поручить ее каким-либо «умным» механизмам, человечество задумалось давно. Задолго до появления кибернетики и электронно-вычислительных машин. Еще в начале XVIII века прообраз станка с ЧПУ создал изобретательный француз Жозеф Жаккар. Изготовленный им механизм ткацкого станка управлялся куском картона, в котором в нужных местах были сделаны отверстия. Чем не перфокарта с программой?

 

Немного истории

 Однако современный этап истории станков с числовым программным управлением 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, 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.

 

NC – это не Norton Commander

Изучая историю совершенствования «умных» станков, которые за рубежом когда-то обозначались аббревиатурой латинских букв «NC», студенты прошлых лет часто путали это понятие с популярной в те годы компьютерной программой-оболочкой. На самом деле сокращение NC произошло от английских слов NumericControl. Числовое управление было тогда весьма примитивным, и программа действий станка могла выглядеть как множество специальных штекеров, расположенных на контактном наборном поле.

Кстати, одна из первых советских транзисторных вычислительных машин для инженерных расчетов «Проминь», появившаяся в начале 60-х годов прошлого века,  программировалась подобным образом. В то время управляющий модуль станка не мог должным образом реагировать на отклонения процесса обработки от расчетного, если такая ситуация происходила.

Управляющие адаптивные микропроцессорные системы  появились значительно позднее.

Со временем, по мере того, как совершенствовались электроника и вычислительная техника, в помощь новому поколению станков были приданы «думающие» управляющие модули на микропроцессорах и микроконтроллерах. Вот они-то и смогли обеспечить гибкое многовариантное управление процессом резания. И не только это. Такие системы получили более звучный титул «CNC», что по-английски звучит как ComputerNumericalControl.  Наш термин ЧПУ оказался более универсальным, и его менять не пришлось.

 

Классификация современных систем ЧПУ

Системы управления и станки с числовым программным обеспечением настолько сложны, что их невозможно классифицировать по какому-то одному признаку. Основные характеристики систем ЧПУ позволяют систематизировать их следующим образом:

1.В зависимости от способа управления исполнительными механизмами станка:

 ● Позиционные. Здесь инструмент в соответствии с программой движется от одной точки, в которой производится необходимая операция с заготовкой, к другой, где также выполняется обработка, Во время перемещения инструмента никакие другие операции не выполняются. 

● Контурные, в которых обработка может производиться по всей траектории движения инструмента.

● Универсальные – системы, в которых могут применяться оба принципа управления.

2.По возможностям и способу позиционирования:

● Абсолютный отсчет – местоположение подвижного механизма станка всегда определяется по расстоянию от начала координат.   

● Относительный отсчет при позиционировании осуществляется приращением дополнительного пути к координатам предыдущей точки, которая временно принимается за начало координат. Затем началом координат считается следующая достигнутая точка.  

3. По наличию или отсутствию обратной связи в контуре управления:

 ● Разомкнутые – («открытого» типа). Перемещение исполнительных элементов производится по командам, содержащимся в программе. Информация о фактически достигнутых координатах отсутствует.

● Замкнутого типа (закрытые). В системах этого типа координаты положения исполнительных механизмов постоянно контролируется.

● Самонастраивающиеся («закрытые» повышенной точности). Более совершенная система, которая запоминает поступающие сведения о расхождении заданных и фактических координат исполнительного элемента, отрабатывает их, и корректирует новые команды с учетом изменившихся условий.

4.Поколение. В зависимости от технического уровня используемых микропроцессоров, микроконтроллеров или управляющих ПК, различают системы 1-го, 2-го и 3-го поколения.

5. Количество координатных осей.  Различные станки, оборудованные ЧПУ, могут поддерживать режимы работы с различным количеством координатных осей – от двух до пяти. Например, если при движении заготовки на фрезерном станке (3 координаты – X,Y,Z), она одновременно может поворачиваться вокруг своей оси, такой станок называют 4-координатным.

 Простейшие сверлильные и односуппортные токарные станки имеют две координатные оси.    

 

Его величество компьютер нуждается в программе

В отличие от стандартного персонального компьютера, который является универсальным устройством для обработки информации и способен работать с любыми данными, представленными в цифровом виде, микропроцессор, используемый в конструкции многих станков с ЧПУ, — устройство специализированное. Он не содержит ничего лишнего, и весь набор его функций предназначен для выполнения главной задачи – контроля состояния всех исполнительных органов станка и управления их работой по специальной программе. Чтобы управлять особо сложными современными станками, применяют более производительные и многозадачные устройства – промышленные компьютеры.

Одной из самых важных характеристик, которая позволяет судить о производительности и технических возможностях станка и управляющей его работой системы, является количество «осей». Иначе говоря, — каналов взаимодействия с объектом, управляемых параметров.  Однако в любом случает, независимо от того, микропроцессор какого уровня сложности и архитектуры установлен в данном управляющем контроллере, для его работы нужна предварительно подготовленная программа. В которой должны быть точно и последовательно описаны все действия механизмов станка, необходимые для изготовления или обработки требуемой детали.

При работе станков с ЧПУ используется два вида программ:

● Системные (служебные) программы, которые хранятся в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве системы). Они обеспечивают начальный этап работы контроллера после включения, отвечают за настройку станка и всей системы, ее способность понимать команды оператора и взаимодействовать с внешними устройствами.    

● Управляющие – внешние программы. Содержат набор команд и инструкций для исполнительных органов станка. Управляющие программы (УП) в контроллер может пошагово вводить оператор, возможен ввод с внешних носителей информации, а в современных системах программы могут поступать прямо с компьютеров разработчиков ПО через компьютерную сеть предприятия.     

Заменив человека, который до наступления эры станков с ЧПУ сам успешно справлялся с изготовлением нужных деталей, программируемый блок управления, он же – контроллер, должен обеспечить требуемый результат, пошагово включая и выключая механизмы передвижения стола, заготовки и инструментального магазина, меняя режимы вращения или скорость поступательного движения заготовки. В результате выполнения программы должна быть получена деталь, полностью соответствующая заданию по размерам и чистоте обработки поверхностей.        

Компании, которые стояли у истоков разработки и производства систем CNC, на первом этапе программировали свои станки при помощи собственных, специально разработанных команд. Если бы при таком подходе на производство попали станки с ЧПУ от разных производителей, подготовка программ для их работы была бы трудно выполнимой задачей. Чтобы попытаться обеспечить программную и техническую совместимость оборудования различных брендов, язык создания программ для станков с ЧПУ был унифицирован.

Базовым управляющим кодом для подготовки программ стал набор команд, разработанный специалистами компании Electronic Industries Alliance в 60-е годы прошлого столетия. Это так называемый язык «G» и «M» кодов, который чаще называют просто G-кодом (G-code). Принятые в этом языке обозначения подготовительных и  основных функций начинаются с латинской буквы «G», а обозначение дополнительных – технологических команд – с буквы «M».

 

«G»« и «M» коды в программах для станков с ЧПУ

По стандарту все команды, код которых начинается с буквы «G», предназначены для линейного или кругового передвижения рабочих органов станка, выполнения определенных последовательностей действий, функций управления инструментами, сменой параметров координат и базовой плоскости. Синтаксис команды обычно состоит из наименования G-кода, координат или адресов перемещений (X, Y, Z) и заданной скорости движения рабочего органа, обозначаемой буквой «F».

В команду может быть включен параметр, описывающий продолжительность паузы, так называемую выдержку – «P», указание о параметрах вращения шпинделя – «S»,  значение радиуса – «R»,  функцию коррекции инструмента – «D», а также параметры дуги «I», «J» и «K».      

Например:     G01  X0  Y0  Z110  F180;       G02  X20  Y20  R5  F200;          G04  P1000.  

В первом примере код G01 обозначает «линейную интерполяцию» — прямолинейное перемещение с указанной скоростью (F) к заданной точке с координатами (X,Y,Z). Во втором примере указан код G02, который описывает дугообразное перемещение (круговая интерполяция). При этом код G02 соответствует перемещению в направлении вращения часовой стрелки, а его антипод G03 —  против. В третьем примере содержится код команды, описывающий время задержки в миллисекундах.       

Технологические команды, обозначаемые буквой «M», отвечают за включение или отключение определенных систем станка, смену инструмента, начало или окончание какой-либо специальной подпрограммы, другие вспомогательные действия.

Например:             M3  S2000;               M98  P101;               M4 S2000 M8.   

Здесь в первом примере указана команда о начале вращения шпинделя со скоростью «S». Во втором – распоряжение о вызове указанной подпрограммы «P». Третий пример описывает команду о включении основного охлаждения (M8) при вращении шпинделя со скоростью (S) в направлении против часовой стрелки (M4).

 

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. 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 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.      

Системы ЧПУ всемирно признанных лидеров отрасли

Программное обеспечение для цифровой управляющей системы SINUMERIK, которую выпускает всемирно известная корпорация SIEMENS AG, также базируется на G и M кодах, но содержит и некоторые дополнительные команды, не включенные в стандарт. Современные полностью цифровые системы на базе платформы Sinumerik 840D используются на самых ответственных процессах металлообработки, требующих высокой точности и быстродействия.

 

Многовариантность и гибкость программирования в G и M кодах учтена создателями программных станций и передовых систем ЧПУ HEIDENHAIN. Эта немецкая компания успешно работает в направлении модернизации устаревших станков NC за счет установки новых управляющих систем. Универсальные программные станции от компании Heidenhaih позволяют не только создавать необходимые программы обработки на персональных компьютерах, но и тестировать ПО, подготовленное при помощи CAD-CAM систем.

 

Системы управления, которые производит японская компания FANUC, известны во всем мире и используются на многих предприятиях. Очень популярны стойки ЧПУ от FANUK LTD и в России. Специалисты этой корпорации одними из первых адаптировали работу своих систем под программы в G и M кодах, и сумели организовать работу самых сложных систем строго в рамках стандарта программирования.  Распространенные стойки FANUK серии 0i рассчитаны на работу с 6-8 управляемыми осями (одновременное управление – 4 оси). Стойки серий 30i-35i позволяют производить высокоточную обработку на наивысших скоростях, и являются пока недостижимым ориентиром для многих конкурентов.

Успешно работает в России и странах СНГ испанская компания FAGOR AUTOMATION. Ее последние разработки, к которым относится ЧПУ FAGOR CNC 8070, полностью совместимы с
персональным компьютером, имеют феноменальные возможности и могут управлять самыми сложными станками. Возможно управление по 28 (!) интерполируемым осям (4 канала одновременно),  может поддерживать по 4 шпинделя и инструментальных магазина. Создатели системы гарантируют скоростную обработку, нанометрическую точность и высочайшую чистоту обработки поверхности. 

Приятно отметить, что наряду с иностранными компаниями на рынке разработки и производства систем управления для станков с ЧПУ с 1998 года успешно работает российская компания «БАЛТ-СИСТЕМ». Специалисты считают, что при модернизации устаревшего оборудования выгоднее всего устанавливать системы от «Балт-Систем», так как они в несколько раз дешевле импортных, вполне надежны и функциональны. На российских предприятиях успешно работают и отлично себя зарекомендовали устройства ЧПУ NC-210, NC-220, NC-230. Самые сложные обрабатывающие центры и высокоскоростные  многосуппортные станки могут работать под управлением стойки NC-110, которая на сегодня является лучшей в соотношении цена-качество.

 

Станки с ЧПУ прочно вошли в нашу жизнь и стали незаменимыми помощниками человека в производственной деятельности. Без этих систем было бы невозможно изготавливать многие, успевшие стать привычными и обыденными вещи. Причем все необходимые детали станки под управлением ЧПУ обрабатывают быстро и качественно, с недостижимой ранее точностью, а при массовом производстве – невероятно низкой себестоимостью. Дальнейшее развитие систем ЧПУ идет по пути объединения отдельных станков в производственные комплексы, удешевления процесса подготовки производства и снижения стоимости управляющих систем. Пожелаем разработчикам успеха!  

 

Автор статьи: зам. генерального директора АО «КоСПАС» по производству  А.Ю. Парфенов

история, технология, преимущества ⭐ АО КоСПАС

Станки с ЧПУ: совершенство, к которому быстро привыкаешь 

Появление во второй половине ХХ века первых станков с числовым программным обеспечением (ЧПУ) ознаменовало начало технологической революции в машиностроении. Значение этого события для развития производственных возможностей человечества, совершенствования окружающего нас материального мира трудно переоценить. Станки с ЧПУ можно поставить в один ряд с величайшими открытиями в истории – от появления первых каменных орудий труда, изобретения колеса и открытия электричества, до создания межпланетных космических летательных аппаратов.

История человечества  – это история совершенствования орудий труда

Есть много теорий о происхождении земной цивилизации. Часть из них признает, что эволюция человека как биологического вида, развитие его головного мозга, прямохождения и подвижности верхних конечностей, состоялось в результате труда. По мере прогресса мышления и точности движений человеческой кисти, совершенствовались орудия труда. После каменного рубила и древнейшего необработанного топора эпохи позднего палеолита, в неолите топоры стали уже шлифованным инструментом со сверленым отверстием для рукоятки.

А потом в руки людям попала самородная медь, человечество освоило холодную ковку металла. По мере совершенствования трудовых навыков и инструментов, которые использовались в работе, люди научились создавать много полезных предметов. Однако со временем человечество подошло к рубежу, когда потребовались качественные изменения. Ручной труд более не мог обеспечить достаточный объем однотипных предметов, ставших необходимыми в повседневной жизни.

Продиктованная временем необходимость стала побудительным мотивом к появлению оборудования, повысившего производительность труда, и сделавшего возможным массовое производство. Гончарный круг совершил революцию в изготовлении глиняной посуды. Затем люди стали использовать вращение медной заготовки для того, чтобы было удобнее шлифовать или обтачивать ее куском кремня. До появления первых металлообрабатывающих станков оставалось около тысячи лет…

От первобытных станков и машин к обрабатывающим центрам с ЧПУ

Историки утверждают, что прообраз токарного станка существовал еще в 700-600 годах до нашей эры. Процесс его развития был долгим. Лишь в XIV-XV веках люди придумали, как вместо раба вращать обрабатываемую деталь при помощи ножного привода или водяного колеса. В дальнейшем конструкция станков для обработки дерева и металлов быстро прогрессировала, уже в конце XIX века были созданы первые универсальные станки автоматы. Которые впоследствии на какое-то время стали основным средством изготовления больших партий одинаковых деталей.

И все же, учитывая большие расходы на то, что мы сейчас называем подготовкой производства, практическое применение и дальнейшее развитие станков-автоматов происходило медленно. Требовались какие-то другие решения, но существующий в то время уровень развития науки и техники обеспечить их не мог. С момента появления первого механизированного оборудования до создания обрабатывающих центров с числовым программным обеспечением оставалось не более ста лет.

Станки с ЧПУ – новый этап в развитии средств производства

Необходимость создания более совершенных, точных и производительных станков, способных эффективно работать при минимальном участии человека, назрела давно. Но эта задача могла быть реализована только с появлением «умных» вычислительных систем. Которые способны работать по заранее составленной программе сами, и передавать управляющие команды на исполнительные механизмы подключенного к ним станка. Основными проблемами и задачами, которые должно было решить новое оборудование, использующее преимущества электроники и вычислительной техники, являлись:

• Возросшие требования к точности изготовления деталей.
• Недостаточно высокая производительность труда специалистов – станочников.
• Нестабильность размеров деталей, которые изготовлены при участии человека.
• Неизбежность брака из-за ошибок человека.
• Высокая себестоимость продукции, обусловленная низкой производительностью труда и наличием брака.
• Необходимость приобретения, а так же содержания большого станочного парка.
• Чрезмерные затраты на оплату труда большого количества станочников.

 

Если время ставит перед человечеством новые задачи, очень быстро находятся талантливые люди, которые их решают. В первые годы после окончания второй мировой, американцу Джону Пэрсонсу удались опыты по управлению фрезерным станком при помощи системы, в которой последовательность операций записывали на перфокарты. Его устройство было несовершенным, но послужило началом для исследований ученых и инженеров Массачусетского технологического института. В 1952 году в институтской лаборатории сервомеханики был испытан станок, который управлялся программой, записанной на перфоленту. До технологического уровня, достаточного для промышленного внедрения, система управления не дотягивала. Но стала раздражителем и источником идей для изысканий специалистов профильных компаний. Они профессионально занимались конструированием узлов металлообрабатывающих машин, и были более осведомлены в этой области.

Годом начала эры практического применения оборудования с ЧПУ, является 1955 год. Тогда американская компания BendixCorporation начала серийно производить NumericControl (NC) систему, успешно управлявшую работой фрезерного станка. В практическом внедрении новинки были заинтересованы ВВС США, так как станки с NC-управлением подходили для точной обработки сложных поверхностей воздушных винтов вертолетов и самолетов.

Станку с ЧПУ не нужны «золотые руки», ему нужен оператор

Если понаблюдать за работой современного станка с числовым программным управлением, то очевидно, что человеку в этом процессе отведена роль наблюдателя и обслуживающего персонала. Ведь в память машины уже введена управляющая программа изготовления нужной детали. В противном случае «умный» станок превращается в ухоженный и очень по-технически красивый выставочный экспонат достижений современного станкостроения.

При работе на таких станках операторам сильно напрягаться не приходится. Например, как выглядит работа на токарном станке с ЧПУ: нажал одну педаль, кулачки разошлись и замерли в ожидании заготовки. Нажал другую – кулачки съехались и надежно зафиксировали будущую деталь. Нажал нужную кнопку – задняя бабка поехала к суппорту… Всем управляет электроника, а гидравлический привод отрабатывает команды на перемещение подачи и других подвижных систем станка.

Оператор нужен чтобы настроить станок перед началом работы, ввести в его память нужную программу, возможно, поменять резцы на инструментальном барабане или магазине. Примерно так же выглядит со стороны работа оператора фрезерного станка с ЧПУ, хотя там требуется большее участие обслуживающего специалиста. Но и здесь нужен не станочник — «ювелир», а просто квалифицированный оператор, который умеет ладить со сложным оборудованием.

Преимущества «умных» станков ЧПУ очевидны

Числовое программное управление (ЧПУ) изменило облик практически всего станочного парка. Электроника управляет работой токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных, электроэрозионных и ряда других типов станков, используемых в металлообработке. Вершиной современного станкостроения являются фрезерные обрабатывающие центры с ЧПУ. Они универсальны, способны обеспечить весь процесс изготовления деталей от начала до конца, с высокой точностью за минимальное время. У фрезерных обрабатывающих центров с ЧПУ есть ряд преимуществ:

• универсальность;
• многозадачность;
• высокую скорость резания;
• множество степеней свободы, одновременного перемещения детали и инструмента;
• возможность обработки деталей в различных плоскостях;
• точность позиционирования инструмента;
• оптимальная цена;
• повышение качества продукции;
• значительное удешевление серийных изделий;
• высокую надежность, длительный срок службы.

 

Использование многоосевых фрезерных обрабатывающих центров позволяет производить с высокой точностью самые сложные детали. Но другие системы с ЧПУ не потеряли своей актуальности и используются для работ, где не требуется сверхвозможности более дорогих обрабатывающих центров. Принцип работы и модульная архитектура всех станков с ЧПУ практически одинаковы. В состав управляющей системы входят:

1.Пульт оператора, при помощи которого можно подготовить оборудование к работе, ввести программу, изменить режим или экстренно выключить в случае непредвиденной ситуации.

2.Информационный дисплей, на котором отображается текущая информация о работе, ход выполнения программы, состояние основных систем оборудования.

3.Управляющий контроллер, который «руководит» всеми процессами, обеспечивает взаимодействие с оператором, компьютерами внешней локальной сети.

4.Блок памяти, который входит в состав блока управления и снабжает управляющий контроллер информацией. Состоит из постоянной и оперативной памяти – ПЗУ и ОЗУ. В ПЗУ записаны основные константы, конфигурация, системные программы. В ОЗУ перед началом работы записываются программы изготовления конкретных деталей, временная служебная информация, поступающая из микроконтроллера.

 Сэр! Дайте программу!

Единственным слабым местом этих чудо-станков является зависимость от программного обеспечения. Причем заниматься подготовкой а затем вводом программ непосредственно с пульта оператора невыгодно. Это процесс долгий, а такой простой оборудования нецелесообразен. Программы должны быть готовы заранее. В этой ситуации на помощь производственникам пришло специализированное программное обеспечение систем автоматизации проектирования (САПР), которое за рубежом обозначается латинскими буквами CAD.

Разработанные на этой программной базе специальные модули автоматизированной подготовки программ (САМ – ComputerAidedManufacturing), навсегда решили проблему простоя дорогого оборудования. Программный комплекс CAD/CAM позволяет рассчитывать и анализировать 3D-модели сложных деталей, виртуально моделировать процесс изготовления детали до включения оборудования.

Эти новые возможности позволяют вовремя исправить конструкторские ошибки и программные недоработки, почти до нуля снижают количество бракованных деталей. Экономия станочного времени, электроэнергии и металла – налицо. Кроме того, один оператор может справиться с обеспечением работы нескольких обрабатывающих центров с ЧПУ. Все это обеспечивает дополнительное снижение себестоимости продукции.

Современное оборудование с ЧПУ работают быстрее и точнее, позволяют упростить и удешевить производство самых сложных изделий. Теперь трудно себе даже представить, что раньше детали вытачивались, сверлились, фрезеровались без этих компьютеризированных помощников. XXI век, господа!

 

Автор статьи: генеральный директор АО «КоСПАС»   Ю.Ю. Тупицын

CAM-системы для станков с ЧПУ

Образ типичного станочника середины XX века — замасленный халат, кепка и традиционный карандаш за ухом, безвозвратно ушел в прошлое. Хотя многие специалисты тех лет были настоящими виртуозами, и достигали в своей работе порога невозможного. И все же… Современные фрезерные, токарные, сверлильные и многие другие типы станков, часть из которых совмещает в себе множество функций и поэтому носит горделивое название «обрабатывающий центр», — почти все они теперь управляются электроникой и компьютерами. 

Конечно, помощь человека  нужна и этим «умникам». Но только для того, чтобы поменять содержимое их инструментального магазина, установить необходимую оснастку, произвести ряд настроек и привязку инструмента. А самое главное – обеспечить наличие соответствующей компьютерной программы. В ней должен содержаться набор последовательных команд с описанием всех необходимых операций, которые должен выполнить станок, график и траектории перемещения его подвижных органов, указания по геометрии и параметрам обработки детали.   

 

Самое слабое звено — человек?     

 Оказалось, что человек для создания программ изготовления деталей на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) подходит плохо. Современный обрабатывающий центр тратит на изготовление детали, в зависимости от ее сложности, от нескольких минут до нескольких часов. А создание управляющей программы (УП) для этой задачи, если программирование ведется традиционным способом, может потребовать от нескольких суток до нескольких недель напряженного труда квалифицированного  программиста.  

 Так как во второй половине прошлого века начали активно развиваться системы автоматизированного проектирования (САПР) инженерных работ, при помощи которых, среди всего прочего, можно создать трехмерную графическую компьютерную модель любой детали, человек как создатель управляющих программ оказался лишним звеном. Его как слишком медленную прослойку между умными и исполнительными станками с ЧПУ, с одной стороны, и почти неограниченными возможностями программного комплекса САПР с другой, также заменило специализированное программное обеспечение.

 

Знакомьтесь: CAM-CAD системы

 По-английски новый программный комплекс получил название CAM — ComputerAidedManufacturing (компьютеризированная подготовка производства), и вошел на правах одной из самых важных составляющих в систему программ САПР. Учитывая, что английское название последней —  «Computer Aided Design System», сокращенно — CAD System, родился новый термин: CAD-CAM системы. Именно этот программный комплекс помог освободить человека от рутинного программирования станков с ЧПУ.

 Использование CAM-систем позволяет проектировать технологические процессы, быстро синтезировать программы для станков с ЧПУ, моделировать процессы станочной обработки и многое другое. Однако все эти важные подзадачи чаще всего решаются на основе объемных геометрических моделей, которые являются продуктом работы CAD-системы. Поэтому в обиходе, справочной литературе и технической документации чаще встречается название CAD/CAM-системы, что указывает на тесную взаимосвязь  этих двух понятий.

 

Зачем все это нужно?

 Процессы подготовки управляющей программы при помощи компьютера и изготовление нужной детали на станке с ЧПУ происходят значительно быстрее, чем при выполнении этой работы традиционном способом. И это первое преимущество данного метода. Вторым главным преимуществом совместного использования САМ-системы и станка с ЧПУ является точность изготовления деталей. Без такого подхода в нынешних условиях было бы невозможным производство многих изделий, требующих максимально точной подгонки деталей друг к другу.

 Кроме того, возможность создания и анализа виртуальной трехмерной модели сложнопрофильной детали до начала работ по ее изготовлению, во многих случаях позволяет избежать конструкторских и технологических ошибок еще на этапе подготовки производства. Специалисты считают, что современное машиностроительное предприятие может быть конкурентоспособным и успешно занимать свою нишу на рынке, если будет соответствовать трем условиям:

● сократит до минимума срок подготовки производства и вывода продукции на рынок;

● добьется меньшей себестоимости продукции, чем основные конкуренты;

● обеспечит наилучшее качество продукции. 

 Всего этого можно добиться только за счет использования современного оборудования, достижений науки и развития компьютерных технологий. Важнейшей из которых является использование в процессе производства станков с ЧПУ и мощной программной среды – CAM/CAD систем.  

 

Как это работает?

В качестве исходных данных при создании программы управления станком, используются результаты проектирования из CAD-системы. Хотя программирование даже на этом этапе может быть осуществлено при наличии только исходного чертежа или эскиза, а также описания технологического процесса. Результатом программирования будет ввод в станок данных о размерах заготовки, параметрах ее обработки, траекториях движения детали и режущего инструмента, команд управления подачей и другими движущимися системами станка.Современные CAM-системы могут использоваться при разработке сложных технологических процессов, а в металлообработке применяются, в основном, как средство синтеза программ для управления станками с ЧПУ и моделирования процессов обработки. Система рассчитывает траектории и относительное движение инструмента и заготовки. Благодаря наличию специального программного модуля, называемого постпроцессором, при построении управляющей траектории CAM-система учитывает особенности кинематики конкретного станка, на котором ведется обработка.       

 На практике обычная последовательность действий при изготовлении какой-либо детали на заказ, например, на 4-координатном фрезерном станке с ЧПУ, такова:

1.Создание 3D-модели по эскизу или чертежу.

2.Создание управляющей программы на основе 3D-модели.

3.Передача программы в станок с ЧПУ.

4.Закрепление заготовки, выполнение операций 3-х осевой фрезеровки.

5. Выполнение операций 4-х осевой фрезеровки. Контроль размеров готовой детали.  

 

Сколько стоит CAM-система и как не ошибиться при покупке ПО?  

Приобретение лицензионного программного обеспечения до сих пор не стало привычкой наших компьютеризированных сограждан. Хорошо, если стоимость хотя бы операционной системы входит в цену купленного ноутбука или персонального компьютера. Но вот в случае использования сложного специализированного  программного обеспечения в производственной деятельности, о своей чрезмерной «экономности» следует забыть.

 Во-первых, найденное в сети или переписанное у кого-то по случаю «вскрытое» ПО, скорее всего, нормально работать не будет. Во-вторых, если использование нелицензионного программного обеспечения обнаружится, штрафы и судебные санкции могут финансово «подрубить» даже достаточно крепкое предприятие. Поэтому лицензию на использование одной из CAM/CAD систем, которые в избытке представлены на рынке промышленного ПО, придется купить. Стоимость – от нескольких тысяч долларов.        

 

Основные CAM-системы, которые используются на российских предприятиях

● PowerMill. Разработчик – компания Delcam. Преимущества: 2,3 и 5-осевая высокоскоростная обработка 3D-поверхностей. Согласно одного из статистических исследований, имеет наибольшее количество пользователей в мире.

● MasterCam. Популярная CAD/CAM-система для многоосевой обработки. Последняя версия – MasterCam-X7. Разработчик – компания CNC Software. Почти 170 тысяч инсталляций в мире. Имеет модуль русификации.

● SprutCAM. Разработчик – компания СПРУТТехнология (Россия). В отличие от многих существующих в мире систем, поддерживает разработку управляющего программного обеспечения для многокоординатных фрезерных станков, а также станков электроэрозионного типа, учитывая 3D-модель кинематики станка. Создает достоверную 3D-модель станка, что позволяет виртуально просмотреть будущий процесс обработки детали. Все преимущества российского разработчика: удобный интерфейс, обновление версий, поддержка, приемлемая цена, наличие справочной литературы.

● ADEM. Разработчик – компания «Омега АДЕМ Технолоджиз»  (г. Москва, Россия). Многокоординатная обработка,  доступная цена, поддержка, возможность обучения персонала.

● ESPRIT. Разработчик – компания DP Technology (США). Высокопроизводительная, многофункциональная, обучающаяся система среднего класса. Русифицированный интерфейс и справочная система. Лучше остальных программных комплексов поддерживает электроэрозионные станки.

● CAMWorks. Разработчик — Geometric Technologies Inc. (Индия-США). Работает в среде и по модели программного комплекса SolidWorks. Поддерживается работа с 2-х и 5-координатными фрезерными станками.

Перечисленные CAM-системы – наиболее популярны, изучены и активно используются на российских предприятиях. При выборе конкретного продукта и его версии, кроме возможностей программного комплекса и его цены, следует учитывать возможности своего станочного парка, наличие «горячей» линии или других видов поддержки русскоязычных пользователей, возможность бесплатного или более дешевого обновления до новых версий.

 

Автор статьи: ведущий технолог АО «КоСПАС»   М.В. Ягупов

Что это такое станок ЧПУ: как расшифровывается

25.03.2020

1. Целесообразность применения
2. Особенности станков с ЧПУ: что это такое, в чем проявляются
3. Классификация станков с программным управлением: их характеристика и обозначения
4. Основные параметры
5. Принцип программирования
6. Станки фрезерные с ЧПУ
7. Как работает ЧПУ-станок токарного типа
8. Устройство станка ЧПУ многоцелевого типа
9. Что делают на станках с ЧПУ: сферы применения
10. Преимущества
11. Проблемы
12. Действия наладчика и оператора

Выбирая оборудование для проведения фрезерных, токарных и других подобных работ, каждое предприятие стремится найти максимально надежную, производительную, удобную модель. Стремясь облегчить эти поиски, подробно рассмотрим, что такое ЧПУ-станок: как он устроен, по каким принципам программируется и функционирует, каких видов может быть и так далее. Максимум информации – чтобы вам было проще определиться и решить, вкладываться в такую технику или нет.

Сразу отметим: сегодня они востребованы, причем во всех основных отраслях. На них проводят металлообработку, вытачивая детали с особой точностью (даже если у заготовок сложная поверхность), изготавливают предметы мебели и деревянные панно, макеты, сувениры, игрушки из пластиков и многое другое. Активно используют их преимущества, в том числе и высокую производительность.

Отдельно скажем, как расшифровываются ЧПУ-станки: аббревиатура означает Числовое Программное Управление, то есть компьютеризированную систему, задающую условия нормального функционирования стола, суппорта, шпинделя в течение технологического процесса. Контроль осуществляется за счет специальных и своевременно поданных команд – кодов G и M-типа.

В результате 1 единица такого оборудования так же эффективна, как 5-6 обычных. Оператору остается только включить нужную схему, наладить ее и проследить за ее выполнением – ему необязательно быть квалифицированным токарем или фрезеровщиком.

Необходимо учитывать, что это сравнительно дорогостоящая техника. В условиях современного производства станок с числовым программным управлением выгодно покупать и эксплуатировать в следующих ситуациях:

• Изготавливаемые детали используются в особенно ответственных случаях – запчасти для авиатехники и транспорта, элементы медицинских аппаратов, лопатки или валы турбин для ГЭС.
• Выпускаемые заготовки отличаются сложностью поверхности, подразумевающей проведение целого ряда технологических операций в процессе механической обработки.
• Планируется, что изделия будут выходить регулярными и крупносерийными партиями.
• Актуально особо точное исполнение – в рамках одного из 6 первых квалитетов по допуску. Отклонения в этом случае устанавливает дискретный шаг привода, составляющий до 3 мкм.
• Существует вероятность внесения незначительных конструктивных изменений по ходу изготовления детали – путем корректировки программы с операторского пульта.

Возможности такого оборудования довольно широки, сферы применения тоже, поэтому и классификация достаточно разнообразна. Но практически все модели, вне зависимости от конструкции, обладают следующими отличительными характеристиками:

• Сравнительно мощный привод – может быть постоянного тока, с бесступенчатой регулировкой шпинделя, или переменного, трехфазный, с частотой вращения до 2000 об/мин, но обязательно от 20 до 40 кВт.
• Независимая установка и коррекция каждой из двух координат, в результате чего рабочие органы способны перемещаться по самым сложным траекториям, зачастую даже невозможным для других методов контроля.
• Повышенная жесткость конфигурации при прецизионной (или высокой) точности обработки заготовки.
• Скорость установочных передвижений суппорта 4,8-10 об/мин, что минимизирует время холостого хода.
• Широчайшие рамки регулировки подачи бесступенчатого привода – с изменением до 1200-10000 раз (с 1 до 1200 или даже до 10000 об/мин). Благодаря этому не проблема настроить оптимальный режим выпуска любой детали.
• Развитые и многофункциональные инструментальные системы – от 12 органов.

Маркировка выпускаемых моделей осуществляется с помощью букв и цифр. Они и формируют артикул, который отражает назначение оборудования, степень его автоматизации, класс его точности. Разделение ведется по нескольким глобальным признакам – рассмотрим каждый из них подробнее.

Технологические группы

По характеру выполняемых операций (основных) могут быть:

• фрезерные и сверлильно-расточные – сравнительно универсальные, также обеспечивающие зенкерование;
• токарные – для создания резьбовых соединений и сверления, для патронных и центровых, а также сложных деталей;
• зубообрабатывающие – для обеспечения необходимой геометрии шестеренок и подобных им элементов;
• шлифовальные – для зачистки и выравнивания поверхностей;
• многоцелевые – для комплексной обработки без перебазирования заготовки.

Каждой группе присваивается свой номер – обращайте внимание на первую цифру в артикуле станка ЧПУ, эта расшифровка помогает сразу сориентироваться.

Степень автоматизации

Все модели также подразделяют по следующим параметрам управляющей системы:

• назначение – с позиционным, непрерывным, прямоугольным, смешанным методом контроля;
• вариант привода – со ступенчатым, шаговым или регулируемым двигателем;
• характер загрузки программного обеспечения – с установкой через диск, ленту (перфорированную или магнитную), flash-носитель;
• количество одновременно управляемых координат и допустимые погрешности при их введении.

В артикуле степень автоматизированности указана в конце – как Ф с номером (или буквой). Разберемся, что означает ЧПУ-станок со следующей маркировкой после Ф:

1 – с цифровой индикацией и данными, набираемыми на клавиатуре – для одного перемещения за кадр;

2 – с позиционным (для сверлильно-расточных) или прямоугольным (для фрезерных или токарных) методом контроля;

3 – с непрерывным или контурным управлением, для обработки особенно сложных деталей;

4 – с многооперационным оперированием, сочетающим вышеперечисленные возможности;

Ц – циклическая, отличающаяся дешевизной и простотой алгоритма, но весьма удобная для серийного выпуска однотипных заготовок.

Помимо этого, в маркировке также есть индексы АСИ, то есть устройств АвтоСмены Инструмента:

• Р – посредством поворота головки револьверного типа;
• М – из «магазина» – специально предназначенного барабана.

В артикуле эти литеры стоят перед ФN.

Взглянем, что такое станок с ЧПУ с точки зрения производства. Его ключевые характеристики зависят от того, к какой технологической группе он относится:

• для фрезерной это ширина поверхности рабочего стола;
• для сверлильно-расточной – максимально возможные диаметры сверла и шпинделя;
• для токарной – наибольшее из поддерживаемых сечение отверстия.

Любая модель рассматриваемого оборудования состоит из следующих функциональных узлов:

• память – постоянная и оперативная;
• шкаф, оснащенный операторским пультом;
• дисплей, на котором показываются результаты;
• контроллер – прибор, обрабатывающий введенные данные и отвечающий за функционирование приводов.

Все вместе они обеспечивают правильное выполнение команд, каждую из которых необходимо корректно составить. Сделать это можно одним из трех способов:

1. Вручную – технолог вводит числовые комбинации и таким образом задает все координаты для перемещения инструментов. Не самый удобный вариант, ведь для его реализации даже у опытного специалиста, знающего, как работать на станке с ЧПУ, уйдет много времени и сил, а выпускать удастся лишь простейшие детали.
2. С пульта оперативной системы – наладчик использует джойстик и сенсорный экран, в том числе и в диалоговом режиме (если оборудование довольно современное и у него есть эта опция). Уже более подходящий метод, также и потому, что команды можно протестировать и откорректировать.
3. С помощью САМ и САПР – запись происходит в несколько этапов, проводится сравнительно большое количество операций, зато в результате можно придумать эффективный алгоритм выпуска даже самого сложного элемента, а в дальнейшем видоизменять его для производства других деталей.

Вот как настроить ЧПУ-станок в последнем случае:

• Создать электронный чертеж заготовки в AutoCAD, Компасе, Solid или другом профильном графическом редакторе.
• Преобразовать получившийся файл в подходящий формат (HPGL, DXF, Gerber, Exeilon) и загрузить его в САМ (в качестве наиболее используемых CorelDraw, SheetCam, MeshCam, Kcam). После данного импорта задать траектории движения инструментов, введя числа, выбрав варианты обработки, присвоив значения соответствующим органам машины. Проконтролировать правильность визуализации (происходит параллельно).
• Сделать промежуточный Cl-файл, загрузить его в паспорт (постпроцессор), получить программу управления с G- и М- кодами.

Понятно, что создавать такое ПО сможет непростой токарь.

Очень популярны, предназначены не только для резки заготовок любой формы (и простой плоской, и сложной пространственной), но и для раскройки металлических листов, для выборки пазов, для загибания углов. Могут содержать до 300 инструментов в одном магазине. Также отличаются обширной классификацией.

По расположению шпинделя выделяют:

• вертикальные – вал устанавливается перпендикулярно столу и позволяет проводить обработку с одной стороны детали;
• горизонтальные – фиксация уже параллельная, что делает возможным многостороннее выполнение технических операций.

По конструкции модель бывает консольной и нет, с одним или несколькими деталями, с контролем по 2,3 и более координатам одновременно.

Теперь о том, что значит станок ЧПУ с точки зрения управления – по характеру команд фрезерный может быть:

• позиционным – для сверлильных работ;
• контурным – ориентированным на криволинейные поверхности сложной формы;
• смешанным (комбинированным) – для комплексных задач.

Конструктивные особенности

Сравнительно мощные корпус и станина – за счет ребер жесткости, также обеспечивающих повышенные показатели прочности шпинделя. В комплектацию таких устройств входят точные винты и рельсы – для быстрого перемещения инструментов по горизонтали.

Все это обеспечивает одинаково хорошее качество выполнения технических операций как при попутном, так и при встречном направлении движения.

То, что можно сделать на ЧПУ станке, зависит от конкретной его модели, а их в номенклатуре фрезерной группы сразу несколько сотен. Есть габаритные варианты, длина рабочего стола которых превышает 10 м. Или наоборот – миниатюрные, предназначенные для мелкосерийного производства и частных мастерских, выпускающих типовые заготовки из металла и пластика, дерева и других материалов. Обычно они маломощные (до 750 Вт), но все равно сравнительно надежные, оснащенные сервоприводом, поворотные во всех угловых направлениях, регулируемые по высоте. Естественно, в их базовую комплектацию также входит ПО для контроля, которое можно загрузить, подключив оборудование к персональному компьютеру.

Его основной орган – резец со сменными пластинами, зафиксированный в держателе, который может быть кассетным и совершенно точно является важной частью суппорт-узла, вместе с поворотной плитой и салазками. Деталь крепится в патроне, который расположен на вращающемся валу, приводные механизмы заставляют перемещаться инструменты (до 12 сразу), со скоростью вспомогательного хода выше, чем основного.

Классификация по характеру выполняемых задач

• центровые – для точения фасонных поверхностей, цилиндрических и конических заготовок;
• патронные – для зенкерования, создания резьбы, обтачивания под фланцы, диски, шестерни и втулки, как внешних, так и внутренних плоскостей;
• универсальные – эти виды станков с ЧПУ могут выполнять все технологические операции, актуальные для двух предыдущих типов;
• карусельные – для крупногабаритных и неправильных по своей форме элементов; бывают одностоечными (рассчитаны на диаметры до 2 м) и двухстоечными (для сечений до 15 м).

Конструктивные характеристики

Их компоновка обычно либо вертикальная, либо с крутым наклоном, благодаря чему из функциональной зоны проще удалить стружку. Сравнительно компактны, к ним не проблема подключить почти любое автозагрузочное устройство.

Несущие конструкции отличаются повышенной жесткостью, достижимой утолщением металла и введением дополнительных ребер. Оснащены сменными магазинами для инструментов и/или револьверными головками, устанавливаемыми на позицию держателя.

Это настоящие центры, выполняющие комплексную обработку заготовки (без перебазирования) и оборудованные комбинированными системами ПО. Они предназначены для нарезки фасок и резьбы, зенкерования, расточки, раскроя, фрезерования. Подходят для действий как с плоскими поверхностями, так и со сложными криволинейными формами.

Конструктивные особенности

Зачастую укомплектованные сменными магазинами, делающими доступной предварительную настройку инструментов. Обычно обладают поворотными столами, нужными для перемещения детали, а также переналаживаемыми вспомогательными устройствами-спутниками.

Принцип работы станков с ЧПУ многоцелевого типа базируется на универсальности операций, которая возможна благодаря высокомоментному, но малоинерционному двигателю с хорошим быстродействием. Даже на небольших частотах он развивает крутящий момент до серьезных величин, что позволяет обеспечить производительность труда.

По вариантам компоновки могут быть:

• вертикальные – с головкой шпинделя, способной двигаться вдоль обеих осей; на них техпроцессы можно проводить с 2-5 сторон;
• горизонтальные – для элементов больших габаритов, закрепленных на столе; действуют только в одной плоскости (если отсутствуют дополнительные поворотные приспособления).

Такое оборудование востребовано в следующих случаях:

• производство плит и других плоских элементов из дерева, например, корпусной мебели;
• выпуск пластиковых деталей всевозможных форм, включая криволинейные;
• шлифовка камней и подобных им твердых материалов природного происхождения;
• изготовление сложных металлических изделий, в том числе и ювелирных.

Все вышеперечисленные цели решаются путем операций резки, фрезерования, распила, гравировки, сверления.

Эксплуатация столь точного механизма позволяет быстро решать ранее неосуществимые задачи: наносить рельефные декоры, которые невозможно выполнить вручную. За счет компьютеризации и автоматизации оно дает возможность избежать ошибок, вызванных человеческим фактором. Если знать, как пользоваться ЧПУ-станками, риск возникновения брака стремится к нулю.

Для большинства заготовок это техника «полного цикла», которая минимизирует затраты на производство. Она также отличается надежностью (может бесперебойно функционировать в течение лет), гибкостью настройки, широтой опций.

Минусы – в нюансах постпроцессирования: даже несмотря на то, что G- и М- коды универсальны, каждый программист компонует их по-своему. Поэтому возможны нестыковки при запуске ПО, которые требуется отдельно отлаживать.

Зачастую сложна ситуация с кадрами. Молодые и начинающие специалисты прекрасно понимают, как работает станок с ЧПУ, но им неизвестны практические свойства дерева или металла. Опытные слесари, фрезеровщики и токари, наоборот, «на ты» с материалами, но почти не знают компьютера.

Первый должен:

• подобрать инструмент по карте, проверить его целостность и остроту;
• определить нужные размеры;
• зафиксировать рабочий орган и зажимной патрон, убедиться в надежности крепления;
• установить переключатель в позицию «от»;
• выполнить проверку на холостом ходу;
• убедиться в нормальном состоянии лентопротяжного механизма и ввести перфоленту;
• закрепить деталь, включить режим «по программе»;
• обработать первый элемент, измерить его геометрию, внести корректировки;
• повторить техпроцесс, сравнить габариты;
• переключить машину в позицию «автомат».

Здесь действия наладчика закончены, в дело вступает оператор, который обязан своевременно:

• менять смазочные материалы и намасливать патроны;
• очищать зону проведения операций;
• проверять гидравлику, пневматику, точность заданных показателей.

Также ему необходимо запустить тестовое ПО, а после убедиться в надежности всех креплений и отсутствии отклонений. Если все в порядке, можно:

• фиксировать заготовку;
• вводить программу;
• заправлять перфоленту;
• нажимать «Пуск»;
• замерять деталь, сравнивая с образцом.

На специальных курсах подробно расскажут и покажут, как научиться работать на станке с ЧПУ. На такую профильную подготовку просто необходимо отправить своих сотрудников, если вы хотите установить столь производительное оборудование на своем предприятии и эффективно использовать его преимущества.

Токарный станок с ЧПУ по металлу: чертежи модели настольного мини токарно-винторезного оборудования по обработке деталей

19.03.2020

1. Назначение
2. Конструкция
3. Принцип работы современного токарного станка с ЧПУ
4. Типы токарных станков с ЧПУ
5. Классификация
6. Маркировка
7. Программирование оборудования
8. Как выбирать токарные станки с ЧПУ
9. Видео

Числовое программное управление вызвало переворот в технологии металлообработки. Если на старом оборудовании основное значение имело мастерство токаря, то теперь у агрегата может стоять любой оператор, его задача – только следить за действиями машины. В статье расскажем про работу на настольном мини токарном станке с ЧПУ с чертежами по металлу, про его технические характеристики.

Обработка материала происходит с помощью инструментов из прочной и острой инструментальной стали. Такое механическое воздействие позволяет рассечь стальной цилиндр (шар, конус), снять с него верхний слой, а также произвести сквозное или глухое отверстие.

Можно выделить шесть основных задач, которые реализуются методом точения:

• обтачивание поверхности – производится снятие стружки снаружи детали;
• расточка изнутри – есть возможность увеличить внутреннюю полость или произвести операции по приданию нужной формы;
• подрезка торцевой части – срез, край заготовки подвергается обработке;
• нанесение канавок или резьбы;
• сверление отверстий посредством сверла или метчика;
• распиловка цилиндрического стального прута, трубы.

Это стандартные функции классического вида токарного станка с ЧПУ. Но есть универсальные модели, которые включают также фрезерные инструменты. Соответственно, на них можно выполнять и работы по фрезеровке.

С помощью оборудования можно работать со следующими деталями:

• втулки;
• валы;
• шарики, например, для подшипников.

Числовое программное управление также позволяет изготавливать изделия сложной конфигурации. Обычно это не крупносерийное производство, а индивидуальные заказы по заранее подготовленным чертежам.

Вне зависимости от разновидности модели, ее основные элементы остаются прежними:

• Станина. Простыми словами – это крепкий и надежный стол, который выдерживает большую массу, вибрации, но при этом остается неподвижным и удобным для использования. При крупном весе изделий рекомендовано крепить ножки на бетонном основании.
• Бабка. Это узел, который можно назвать рабочей зоной. Он отвечает за поддержание и перемещение изготавливаемой продукции. Всего их две – передняя и задняя. В первой располагается движок (под ней), переключение скоростей и шпиндель – он отвечает за вращение. Во второй – только фиксирующие элементы.
• Суппорт – подвижная часть, отвечающая за перемещение резца в нескольких плоскостях. Также здесь установлены крепкие зажимы, позволяющие фиксировать инструмент.

Ко вспомогательным устройствам можно отнести сам пульт управления. Его задача – программирование токарных станков с ЧПУ, на разных моделях работа с ним отличается в деталях, но суть остается прежней. С его помощью осуществляется распределение задач на все подвижные узлы оборудования, то есть на вращающиеся шпиндели (скорость, направление) и на суппорт. Встроенное компьютеризированное устройство самостоятельно выбирает последовательность действий, максимально возможную скорость металлообработки и контролирует процесс.

Еще одна вспомогательная система – СОЖ. Это поставка смазочно-охлаждающей жидкости в рабочую зону, а также удаление возникающей в ходе работы металлической стружки.

С такими машинами можно достичь высокой степени автоматизации. Действия оператора являются фактически факультативной.

Большинство операций производятся автоматически. Все они делятся на основные, которые отвечают за металлообработку, вспомогательные – отвод стружки, подача смазки, установка и снятие детали.

Алгоритм проведения работы следующий:

1. Фиксация заготовки.
2. Постановление оснастки, то есть дополнительных средств для закрепления режущих элементов.
3. Установка в резцедержателе инструмента.
4. Включение привода. Начинает вращаться металлическая конструкция.
5. Размещение резца в начальной точке – на расстоянии от металла.
6. Проход – производится снятие верхнего слоя с последующим отводом лезвия.
7. Чередование 5 и 6 этапа. При этом позиционирование происходит в разных плоскостях, для продольного и поперечного движения.
8. Контрольное измерение параметров детали.
9. Снятие со станочного оборудования.

Фактически все производится автоматически, кроме установки и снятия элемента. Даже замер размеров часто бывает автоматизированным, а приспособления для фиксации обладают быстрозажимной оснасткой и прочими свойствами для упрощения работы оператора.

В целом использование и наладка токарного (токарно-винторезного) станка с ЧПУ приводит к снижению трудозатратности, уменьшению количества брака, ускорению процесса. Производство, обладающее такими устройствами, является намного более эффективным. Также снижается количество полученных травм на заводе. Появляется возможность изготавливать сложные металлические детали без большого труда.

Компания «Сармат» реализует установки с числовым пультом управления по доступной цене. Фирма предлагает дополнительные услуги – доставку и настройку нового оборудования. В каталоге их интернет-магазина можно найти много моделей высокого качества разного ценового сегмента.

Любое металлообрабатывающее оборудование с пультом управления обладает одной из систем передвижения составляющих. В зависимости от того, как двигается инструмент и заготовка, различают три вида устройств.

Позиционные

Перед каждым новым циклом режущая конструкция «отправляется» на заранее выбранную позицию, с которой будет максимально удобно и эффективно производить начало работы. Координаты определяются автоматически с учетом силы трения, направления движения и прочих факторов. При этом используется самый короткий маршрут.

При постановлении резца на исходное место скорость движения постепенно замедляется, это позволяет добиться высокой точности при позиционировании. Если перемещение предполагается по двум координатам, то в зависимости от разновидности токарного станка-автомата с ЧПУ, либо оно происходит поочередно, либо одновременно – по диагонали.

Контурные

Второе название – непрерывные. Они работают в постоянном движении нескольких рабочих узлов, то есть перемещается не только инструмент, но и заготовка. Основное отличие происходит по количеству управляемых координат – от 2 до 6. Чем их больше, тем быстрее процесс и шире возможности. К примеру, наличие двух осей позволяет работать только с плоскими поверхностями, в то время как третья добавляем объем.

Все контурные системы разделяются на:

• прямолинейные;
• прямоугольные;
• криволинейные.

Это различие определяет передвижение резца.

Адаптивные, или универсальные токарные станки с ЧПУ

Это комбинированный механизм, который использует и одну, и вторую систему в зависимости от конкретной ситуации и ее потребностей. Такие машины являются самыми эффективными и производительными. Они обладают наибольшей скоростью выполнения и точностью.

Кроме перечисленного распределения, есть еще множество факторов, по которым происходит разделение всех устройств на модели и категории. Рассмотрим их подробнее.

По размещению шпинделя

Фактически это предопределяет расположение заготовки. Есть вертикальные и горизонтальные токарные станки с ЧПУ. Первые встречаются реже, но они удобны тем, что занимают мало места. Однако для их установки потребуется достаточно крепкое бетонное основание.

Если деталь крепится с двух сторон в позиции по горизонтали, то сама станина, как и рабочая зона, занимает больше места. Это более классическая и привычная форма, поскольку обычные, без пульта управления имели именно такое расположение.

По расположению направляющих

Это важный узел, по которому передвигаются ползунки с инструментами. Они могут двигаться в нескольких направлениях:

• по горизонтали;
• по вертикали;
• по наклонной линии.

По организации инструментальной системы

Существует два вида:

• Сменные магазины с инструментами. Иногда в одном может находиться до 300 разновидностей лезвий.
• Револьверные шпиндельные головки. Кассетный резцедержатель вмещает до 12 резцов.

По виду выполняемых работ

Все машины различаются по технологическим группам. Токарная обработка на станках с ЧПУ имеет 1-й номер. В то время как фрезерная, например, – 6-й.

Количество функций может быть разным. Чем больше возможностей у оборудования, тем оно универсальнее. Многозадачность может быть выражена возможностью делать глухие и сквозные отверстия, а также наносить внутреннюю и внешнюю резьбу.

На каждом устройстве есть обозначение, состоящее из цифр и букв. Оно может быть нанесено краской, но чаще делается гравировка. По данной совокупности знаков можно узнать подробную информацию о технических характеристиках изделия. Все устройства подвергаются маркированию по одному типу, поэтому токарные установки отличаются в основном первым числом.

Что обозначают цифры:

• Первая – группу (по типу деятельности, то есть фрезерное, сверлильное или иное назначение).
• Вторая – подтип. Это более конкретное описание технических характеристик, например, уровень автоматизации, направление движения и пр.
• Третья и четвертая – дополнительные черты.

Буква приписывается не всегда и не везде. Ее наличие говорит о модернизации стандартного устройства токарного станка с ЧПУ. Например, в самом конце стоит класс точности. Это может быть следующее буквенное обозначение:

• Н – нормальный.
• В – высокий.
• С – особо точный.

Также может быть указание на тип пульта управления. К примеру, буква «Ц» обозначает цифровую модификацию.

Иногда можно увидеть аббревиатуры самых популярных заводов, например, МШ – это московский шлифовальный.

Предоставим информацию в виде изображения, чтобы наглядно показать расположение всех знаков:

Работа с таким механизмом – это действия слаженной команды. Изначально при моделировании изделия поступает технический заказ. Инженеры создают чертеж. Проектирование происходит на компьютере посредством специальных систем – САПР, поскольку все схемы при сохранении должны быть сохранены в определенном формате – STL. Такие файлы хранят информацию о трехмерных моделях.

Затем из этой программы для токарного станка с ЧПУ документ переносится в память оборудования. Формируется набор действий, который наиболее быстро и эффективно поможет выполнить изделие на чертеже.

Оператор только следит за процессом и может вмешаться в действия контроллере управления, внести коррективы.

Не всегда на этапе программирования требуются компьютерные программы для автоматизированного проектирования. Иногда все параметры можно ввести вручную прямо на дисплее. Это актуально, когда в процессе работы нужно добиться максимально простых форм.

В целом сама система ЧПУ состоит из:

• пульта – это шкаф с кнопками, которые нажимает оператор;
• дисплея – на нем будут отображаться программные действия;
• контроллера управления – предназначается для распределения обязанностей между всеми узлами;
• оперативное запоминающее устройство – особенность такого оборудования в том, что в его память можно заложить несколько программ, а затем быстро переключать и перепрограммировать все на новый цикл.

Прежде чем купить аппаратуру, необходимо убедиться в ее необходимости. Мы рекомендуем установку довольно дорогостоящего инструмента в следующих целях:

• На небольшом предприятии, когда каждое изделие выполняется индивидуально и имеет сложную геометрию. Обычно в таких случаях детально прописывается чертеж, поэтому проще воспользоваться сразу хорошей программой и поместить макет в ПУ.
• При серийном производстве в качестве экономии времени и человеческих ресурсов. Быстрый и фактически беспрерывный производственный процесс вам может обеспечить только автоматизированная машина.
• В случае изготовления мелких деталей с требованием высокого качества точности. Изготавливать вручную очень маленькие металлические элементы – очень скрупулезный и неблагодарный труд. Только такое оборудование поможет добиться поразительной точности.

Так мы вкратце осветили вопрос, когда требуется покупать станок. Теперь определимся с тем, как его выбирать.

Понятно, что чем больше дополнительных функций, тем дороже прибор. Но важно понять заранее, требуется ли вам эта многозадачность. Если у вас в цеху уже ест винторез, сверлильная аппаратура, тогда токарь не обязан выполнять эти функции на своем рабочем месте.

Но если у вас небольшое, мелкосерийное производство, то часто выгодным решением становится приобретение универсального и многофункционального оборудования.

Высокое качество и доступная цена – характеристики интернет-магазина «Сармат». Здесь вы можете найти широкий ассортимент продукции. Консультанты помогут вам с выбором, а сотрудники компании предоставляют дополнительные услуги наладчика токарных станков с ЧПУ. Также после покупки фирма сама займется вопросом транспортировки и погрузки. Заходите в каталог на официальном сайте, чтобы найти подходящую модель по приятной стоимости.

Мы рассказали про разновидности и устройство механизма, работающего с помощью числового пульта управления. А в этом ролике специалистом-токарем будет наглядно показано и рассказано, как работать и обращаться с машиной:

все о ЧПУ станках, описание обработки и функции мастера

Автоматизация производственных процессов шагнула на новую ступень развития. Компьютеры в системе управления стали обычным явлением. Большинство современных людей уже знает, что такое CNC, а производством оборудования с таким управлением занимаются многие известные компании. Разобраться с предложениями поможет более глубокое знание данного вопроса.

• Что такое CNC: все о станках с ЧПУ
• Мастер ЧПУ что это за должность?

Что такое CNC: все о станках с ЧПУ

Computer numerical control или сокращенно CNC представляет собой современное направление в разработке техники различного назначения, базирующееся на использовании цифровых электронных устройств в системе управления. В России оно известно, как числовое программное управление (ЧПУ).

По сути, ЧПУ – это компьютеризированный комплекс, управляющий рабочими органами оборудования и контролирующий исполнение задания. Любые перемещения исполнительных органов задаются специальной управляющей программой (УП) для данного станка. Она составляется из необходимых команд, записанных на языке программирования ЧПУ (G- и М-коды). Компьютер сохраняет в своей памяти УП, и оператор всегда может ей воспользоваться для выполнения конкретной работы.

Современная система CNC существенно расширила возможности ранее используемой системы NC. Базой для нее служат микроконтроллеры, программируемые логические контроллеры, компьютеры на микропроцессорах.

Целесообразность использования

Система ЧПУ значительно повышает производительность труда и способствует сокращению работников, но для ее внедрения необходимы значительные затраты и специально подготовленные работники, что не всегда экономически оправдано. Использование ЧПУ целесообразно в следующих обстоятельствах:

1. Производство изделий высокой стоимости, когда применяются дорогостоящее и дефицитное сырье. В этом случае необходимо минимизировать ошибки, исключить брак, что и обеспечивает ЧПУ.
2. Выпуск однотипных изделий большими сериями. Отработанная программа позволяет снизить себестоимость и менять программное обеспечение (ПО) нет необходимости, а первоначальные затраты достаточно быстро окупаются.
3. Изготовление сложных деталей, требующее проведения многочисленных технологических операций.
4. Необходимость обеспечения выпуска многочисленных изделий, абсолютно идентичных по точности обработки. Программа обеспечивает такое производство с отклонением не более 3 мкм.
5. Изготовление изделий, в конструкцию которых часто вносятся небольшие изменения. При использовании ЧПУ они легко вносятся в УП с пульта оператора станка.

 Важно!  Автоматизация производства – это современный подход к его организации, но она требует экономического обоснования.

Функции

Система ЧПУ способна выполнять следующие функции:

1. Управление процессами обработки деталей из различных материалов (металлы, древесина, пластик и т. п.). Для этого данной системой обеспечивается станочный парк (станки с ЧПУ).
2. Управление асинхронными электродвигателями. Их плавная регулировка крайне затруднена, а ЧПУ позволяет применять «векторное управление».
3. Управление промышленными роботами.
4. Управление периферическими устройствами различного назначения. Характерные примеры: 3D-принтеры и сканеры.

Некоторое оборудование обеспечивается централизованными, автоматизированными рабочими местами, когда нужная программа устанавливается через промышленную сеть. В этом случае ЧПУ позволяет контролировать работу не одного станка, а всего участка, цеха (ABB Robot Studio, Microsoft Robotics Developer Studio).

Особенности

Станки с ЧПУ обладают рядом привлекательных особенностей:

1. Высокий уровень автоматизации. Оператор только контролирует процесс по монитору. Его участие в процессе сведено к минимуму.
2. Обеспечение повторяемости. Оборудование не зависит от настроения и физического состояния оператора. Оно выпускает одинаковые изделия с неизменным высоким качеством месяцами, а то и годами.
3. Один оператор способен обслуживать несколько станков.
4. Гибкость. При небольших изменениях параметров процесса вносится корректива в программу, а при существенном изменении – загружается новая программа. Такие процедуры не занимают много времени.
5. Точность обработки и повторяемость. Программа обеспечивает выпуск множества одинаковых деталей с высочайшей точностью.
6. С помощью станков с ЧПУ можно изготовить изделия сложной формы, которые подвластны только высокопрофессиональным рабочим, да и то с использованием специальных приспособлений.

 Важно!  Станки с ЧПУ отличаются универсальностью и способны заменить 4–5 простых машин. При этом не надо искать опытных рабочих по конкретной специальности, достаточно подготовить оператора оборудования с ЧПУ.

Классификация

Станки с ЧПУ подразделяются на несколько категорий. Это отражается в буквенно-цифровом обозначении марки. По назначению оборудования устанавливается технологическая категория. Она определяется по возможности проведения основных операций. Основные виды: токарные станки (номер группы – 1), фрезерные (номер 6), сверлильные и расточные станки (номер 2), многоцелевое оборудование (номер 9). Эта цифра стоит первой в маркировке.

По степени автоматизации устанавливаются такие типы:

1. Ф1 — координаты движения устанавливаются с помощью клавиатуры компьютера (один нажим – 1 кадр программы). Предусматривается устройство цифровой индикации.
2. Ф2 — используется порционная или прямоугольная система управления. Первая характерна для сверлильных и расточных станков, а вторая – для фрезерных и токарных станков.
3. Ф3 — устанавливается контурная или непрерывная система ЧПУ. Она позволяет обрабатывать заготовки практически любой сложности.
4. Ф4 — многооперационная, комбинированная система ЧПУ. В ней совмещены лучшие качества контурной и позиционной системы.
5. Ц — цикловое ЧПУ. Это наиболее простая автоматизированная система для серийного выпуска достаточно простых, однотипных изделий.

Производится классификация станков и по способу смены рабочего инструмента. В маркировке могут выделяться такие варианты:

1. Р – для смены и крепления инструмента применяются револьверные головки.
2. М – установлен специальный инструментальный магазин, откуда автоматически поступает нужный инструмент.

Указанная маркировка свидетельствует о наличии устройства автоматической смены инструмента (АСИ). Помимо указанных модификаций, станки различаются по типу регулирования привода: шаговый, ступенчатый, плавно регулируемый.

Основные параметры

При выборе оборудования с ЧПУ основное внимание следует уделить таким параметрам:

1. Класс точности. Допустимую погрешность можно определить по маркировке: П – повышенная точность, В – высокая точность.
2. Рабочие параметры. Они устанавливаются для каждой технологической категории отдельно. Так для сверлильного оборудования важен максимальный диаметр отверстия, для фрезерных станков – размер рабочей зоны, для расточных станков – диаметр шпинделя, для токарных станков – размеры заготовки и т. д. К общим для всех типов оборудования можно отнести: мощность электродвигателя, скорость обработки (производительность), напряжение питания (220 или 380 В), габариты и масса станка.
3. Количество одновременно контролируемых координат и точность их задания. В современных станках обеспечивается управление по 5 координатам.

В зависимости от назначения оборудования могут задаваться и другие важные параметры, которые необходимо учитывать при организации производства.

Принцип программирования

Работа станка с ЧПУ зависит от УП. Она может базироваться на следующих принципах программирования:

1. Ручной способ. Программист формирует программную часть станка путем введения цифровых сведений о координатах движения рабочего инструмента, полученных при ручном перемещении. Требуется множество точек, что затягивает процесс программирования. Данный способ применяется при наличии всего 1–2 станков с ЧПУ, используемых для изготовления простых, однотипных изделий.
2. Shop-floor – программирование с пульта оперативной системы ЧПУ. В этом случае УП составляется с помощью сенсорного экрана и джойстика на станочной стойке. В последних моделях станков применяется диалоговый режим.
3. Программирование с использованием систем САПР и САМ. Система САПР (AutoCAD, Solid, Catia, Компас) позволяет построить электронный чертеж изделия, а система САМ (SheetCam, Kcam. MeshCam, CorelDraw) на его основе описывает траекторию движения инструмента. Предварительно графический файл переводится в формат DXF, Exeilon, HPGL или Gerber. Процесс программирования отражается на экране. Выдается Cl-файл. Для преобразования его в понятный для станка вид используется специальная программа (постпроцессор или паспорт). Она обеспечивает подачу команд в форме G- и М-кодов.

Программа на станок может загружаться в готовом виде с внешних носителей (дискеты, флеш-носители, магнитные ленты, перфоленты). Она помещается в оперативную память, карту памяти, жесткий диск или твердотельный накопитель.

Конструктивные особенности

Функционирование системы ЧПУ обеспечивают следующие основные узлы:

1. Пульт оператора, консоль ввода-вывода. Этот элемент конструкции предназначен для ввода УП, задания параметров процесса, а также ручного управления операцией.
2. Операторская панель, дисплей. Позволяет визуально контролировать процесс и производить корректировку УП.
3. Контроллер. Это устройство компьютерного типа для введения в действие УП, формирования траектории движения рабочего органа, выдачи необходимых команд, осуществление общего управления, проведения диагностики и дополнительных расчетов.
4. ПЗУ. Это память, позволяющая хранить программу длительное время. Информация из ПЗУ только считывается.
5. ОЗУ. Данная оперативная память предназначена для программ, используемых в данный момент, а также для кратковременного хранения информации.

В качестве контроллеров могут служить промышленные готовые модели, встраиваемые устройства на основе микропроцессоров, программируемый контроллер логического типа, промышленный компьютер. Роль исполнительных механизмов исполняют сервоприводы и шаговые двигатели.

Виды станков с ЧПУ

К наиболее распространенному оборудованию с ЧПУ можно отнести фрезерные и токарные станки, а также многоцелевые агрегаты. Они выбираются с учетом того, какие работы планируется производить и в каких объемах.

Фрезерные станки

Фрезерные станки с ЧПУ могут использоваться только для фрезерования или с расширенным функционалом (сверление, раскрой листов, обработка под разным углом, формирование пазов и т. п.). Основные разновидности:

1. Вертикальные фрезерные станки. В них шпиндель установлен вертикально. Может иметь нижний или верхний привод. Обработка обеспечивается с одной стороны.
2. Горизонтальные фрезерные станки. Шпиндель установлен параллельно основанию. На станке можно производить всестороннюю обработку.

Оба типа станков могут иметь 1 или 2 шпинделя. Управление обеспечивается по 3–5 координатам. По способу управления различаются такие варианты: с позиционным, контурным, комбинированным управлением. Основные параметры станков: размеры рабочего стола, глубина фрезерования, мощность, скорость вращения шпинделя, тип передачи.

Среди конструктивных особенностей следует выделить наличие мощной станины, корпуса с ребрами жесткости, шпинделя с повышенной жесткостью для устранения вибраций, высокоточные направляющие рельсы. Для повышения производительности устанавливаются АСИ в виде шпиндельной головки револьверного типа или инструментального магазина. Выпускается большое количество разнообразных моделей для обработки дерева, металла, пластика и других материалов.

Токарные

На токарном станке с ЧПУ используются резцы со сменными пластинами. Инструмент крепится в резцедержателе, расположенном в узле суппорта. Для проведения разнообразных процессов часто применяются резцедержатели кассетного типа с возможностью закрепления до 12 разных резцов.

Наиболее популярные разновидности:

1. Центровые станки. Обработка осуществляется методом точения по контуру заготовки. Изготавливаются детали цилиндрической и конической формы, а также фасонные изделия.
2. Патронные станки. На них можно производить обработку и снаружи, и изнутри заготовки. Основные операции: нарезание резьбы, зенкование, сверление, обтачивание для установки фланцев, дисков, втулок и шестерней.
3. Комбинированные (патронно-центровые) станки. Совмещает возможности обоих типов.
4. Карусельные станки. Они необходимы для обработки деталей больших размеров и заготовок неправильной формы.

Конструктивными особенностями токарных станков с ЧПУ являются: вертикальная или наклонная компоновка, повышенная жесткость элементов, система АСИ.

Многоцелевые

Комплексная обработка деталей осуществляется на многоцелевых станках (обрабатывающих центрах) с ЧПУ. Для них применяются специальные смешанные УП. Станки обеспечивают такие операции: фрезерование, зенкерование, растачивание, раскрой, нарезание резьбы и фасок. Они могут относиться к сверлильно-расточной или токарно-шлифовальной группе.

Многоцелевые станки различаются по типам:

1. Горизонтальные станки. Они осуществляют одностороннюю обработку заготовок больших размеров.
2. Вертикальные станки. Способны обеспечить обработку с 3–5 сторон с помощью поворотного шпинделя.

Среди конструктивных особенностей выделяются: наличие инструментальных магазинов для АСИ, поворотные столы для перемещения заготовки, приспособления для смены заготовок. Чаще всего применяются высокомоментные электродвигатели малой инерционности.

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
• 482

Что такое контроллер ЧПУ? Все, что вам нужно знать

ЧПУ — это аббревиатура от Computer Numerical Control. Другими словами, компьютер преобразует проект, созданный с помощью САПР, в числа. Эти числа обычно являются координатами графика. Эти числа также играют решающую роль в управлении движением резака. Контроллеры ЧПУ относятся к устройствам с числовым программным управлением, которые управляют действиями машин и их процессами. В более общем плане контроллер ЧПУ — это мозг системы ЧПУ.Контроллер действует как связующее звено между компьютерной системой и механическими компонентами устройства ЧПУ. Термин «контроллер» может быть общим словом. Однако обычно он представляет собой всю систему управления машиной.

Что такое контроллер ЧПУ?

Как обсуждалось ранее, контроллер — это мозг станка с ЧПУ. Другими словами, на контролера возложена жизненно важная задача интерпретации. Одной из основных функций контроллера является получение кондиционированных сигналов от компьютера или индексатора.После получения сигналов он интерпретирует эти сигналы в механическое движение.

Интерпретация сигналов посредством механических движений обычно достигается через выходной сигнал двигателя. Контроллер ЧПУ состоит из трех основных механизмов. Это программное обеспечение ЧПУ, которое представляет собой программу, созданную на основе инструкций, блок управления станком и устройство обработки. Теперь давайте более подробно рассмотрим каждый из механизмов контроллера ЧПУ.

1. Программное обеспечение ЧПУ

Здесь стоит отметить, что и компьютер, и контроллер работают с помощью программного обеспечения.В обычных условиях требуется три типа программного обеспечения. Это программное обеспечение операционной системы, прикладное программное обеспечение и программное обеспечение машинного интерфейса.

2. Технологическое оборудование

Обрабатывающее устройство преобразует исходную заготовку в целую деталь. В большинстве систем ЧПУ обрабатывающее оборудование состоит из рабочей станции и шпинделя. Он также включает двигатели и оси, которые ими управляют.

3. Блок управления машиной

Блок управления машиной также известен как MPU.MPU контроллера ЧПУ последовательно выполняет инструкции и программы. MPU включает интерфейсы ввода-вывода, память и ЦП.

Как работает контроллер ЧПУ?

Устройство ЧПУ похоже на любое другое промышленное оборудование. Эти машины относятся к категории электромеханических устройств, управляющих инструментами механического цеха. Если быть точным, станки с ЧПУ состоят из компьютера, в котором оператор вводит программу. Здесь интересно отметить, что все выполняемые процессы резки вводятся в оборудование вместе с размерами.Вот список шагов, с помощью которых контроллер ЧПУ выполняет свои задачи.

Шаг 1:

канадских долларов

Компьютерный дизайн играет важную роль в создании 2D и 3D форм. Файлы САПР загружаются в контроллер, поскольку этот файл имеет соответствующие спецификации, касающиеся размеров и конструкции. Эти спецификации предписывают контроллеру ЧПУ выполнять дальнейшие задачи.

Шаг 2: преобразование CAD в код ЧПУ

Поскольку файлы САПР используются во множестве приложений, они нуждаются в переводе в код ЧПУ.Здесь на первый план выходит программное обеспечение CAM. Он может преобразовать файл САПР в код ЧПУ, чтобы контроллер ЧПУ мог легко его прочитать.

Шаг 3: Подготовка станка

После того, как оператор получил доступный для чтения файл, пора подготовить машину. Они также прикрепляют детали для программы, которая должна выполняться в контроллере надлежащим образом.

Шаг 4: Выполнение различных процессов

Когда все коды готовы, оператор может ввести программу в контроллер для получения желаемого результата.Эти программы направляют машину на протяжении всего процесса.

Интересно, что способ выбора команд контроллерами ЧПУ также во многом зависит от внутренних схем. Программное обеспечение или печатная плата могут быстро изменить схему конструкций для каждого конкретного контроллера.

Типы контроллеров ЧПУ

Маршрутизаторы

с ЧПУ сильно различаются по протоколам, связанным с промышленными коммуникациями. При выборе фрезерного станка с ЧПУ необходимо учитывать язык и операции.По своему разнообразию на рынке ЧПУ лидируют токарные станки. Интересно, что этот сегмент настроен на доминирование на рынке на протяжении всего прогноза. Системы управления ЧПУ в фрезерном станке с ЧПУ можно классифицировать по нижеперечисленным типам.

• Тип движения ЧПУ
• Тип оси ЧПУ
• Контур управления ЧПУ

Пояснения к каждому типу контроллера ЧПУ

1. Тип движения ЧПУ

ЧПУ типа движения относится к разнице в станке, которым нужно управлять.Существуют две разновидности систем управления. Это контурная система и двухточечная система управления.

2. Системы ЧПУ с контурным управлением

Системы ЧПУ

Loop Control основаны на циклическом методе. Система без обратной связи и система с обратной связью являются его подкатегориями. Система разомкнутого контура относится к методам, в которых инструкции и программы передаются в контроллер через устройство ввода. С другой стороны, система с обратной связью относится к системе, которая собирает обратную связь от системы управления.

3. Осевое ЧПУ

Система ЧПУ осевого типа имеет пять подкатегорий. Давайте кратко рассмотрим каждый из них.

• Двухосная система управления, в которой контроллер предоставляет доступ только к двум осям
• Система управления по двум с половиной осям относится к трехосным станкам. Однако движение не было бы 3D
• Трехосные системы управления — это машины, которые работают во всех трех измерениях, то есть X, Y и Z
• Четырехосная система управления — это станок с тремя осями.Он также имеет дополнительную ось с дополнительным вращением в виде оси B
.
• Пятиосевые системы управления имеют три основные оси. Однако у них есть дополнительное вращение по направлениям Y и Z

Итак, будем надеяться, что к настоящему времени у вас есть краткое представление об основных принципах контроллера ЧПУ. Если быть точным, контроллер состоит из множества компонентов. Каждый компонент работает согласованно, что приводит к желаемому двигательному движению. Это также приводит к точной резке материала.

История компьютерного числового управления (ЧПУ)

Компьютерное числовое управление — это современная концепция в обрабатывающей промышленности. Однако концепция ЧПУ восходит к основной идее ЧПУ, или числового управления.

Идея числового программного управления возникла, когда автоматизация станков изначально включала в себя определенные концепции программируемой логики. Изначально первые станки с ЧПУ были построены еще в 1940-х годах.Несколько более совершенные машины появились в 1950-х годах. Эти производственные машины были сконструированы на основе существующих инструментов, которые были модифицированы двигателями, предназначенными для перемещения органов управления машины. Эти элементы управления следовали за конкретными точками, которые вводились в машину на перфоленте. Эти ранние механизмы вскоре были усовершенствованы как аналоговыми, так и цифровыми компьютерами. Введение компьютерных технологий в понятие числового программного управления привело к тому, что мы теперь знаем как компьютерное числовое управление.

Ранние исследования MIT по числовому управлению

После Второй мировой войны Джон Парсонс исследовал способы улучшения самолетов, создав для них усиленные обшивки. В конечном итоге это привело к серии важных исследовательских проектов ВВС, которые проводились в Массачусетском технологическом институте (MIT). Эти исследования начались в 1949 году. После первых этапов планирования и исследований в Массачусетском технологическом институте был разработан экспериментальный фрезерный станок. В этом проекте участвовали профессор J.F. Reintjes и его группа исследователей.

Первый станок с ЧПУ

Перед проектами MIT компания Parsons Corporation в Траверс-Сити, штат Мичиган, разработала систему для производства шаблонов для лопастей вертолетов. Джон Парсонс, основавший компанию, обнаружил, как вычислять координаты профиля крыла с помощью множителя IBM 602A. Затем он загрузил эти данные в швейцарский перфоратор. На сегодняшний день это считалось первым настоящим станком с числовым программным управлением, поскольку он производил товары — шаблоны лопастей вертолетов, в данном случае — путем подачи перфокарт в систему, а затем система считывала и производила детали на основе заранее запрограммированной информации.

По мере того, как в 1960-е и 1970-е годы технологии числового управления перешли на станки с ЧПУ, начала обретать форму очень знакомая форма станка с ЧПУ, которую многие узнают сегодня. Затем в бой вступили цифровые технологии, и автоматизация производственных процессов стала более эффективной, чем когда-либо. Фактически, многие люди могут приобрести — и даже спроектировать — свои собственные самодельные станки с ЧПУ. Из-за того, насколько современные компьютеры являются современными, сегодня чаще, чем когда-либо, можно найти станки с ЧПУ во всех отраслях промышленности, и чаще всего в деревообработке.

Скобы для ЧПУ

Несмотря на то, что в истории технологии ЧПУ произошли огромные изменения, есть несколько краеугольных камней, которые остались неизменными. Все производственные машины с автоматизированным управлением движением, от простых концепций ранних дней до высокоразвитых систем сегодня, по-прежнему требуют трех основных компонентов. К ним относятся командная функция, система привода / движения и система обратной связи.

ЧПУ имеет долгую и интересную историю.По мере развития технологий в будущем в ее историю могут появиться еще более невероятные элементы, поскольку производство продолжает продвигать использование роботизированных и автоматизированных процессов почти во всех областях.

ЧПУ против ЧПУ: в чем разница?

Компьютерное числовое управление (ЧПУ) — это современная форма компьютеризованного производства и производства. Однако ЧПУ не было первой формой производства деталей на основе методов программирования. На самом деле этому предшествовало ЧПУ или числовое программное управление.

Что такое числовое программное управление (ЧПУ)?

Концепция числового программного управления (ЧПУ) началась, когда автоматизация станков изначально включала в себя определенные концепции программируемой логики в двигателях. Первые станки с ЧПУ были построены в 1940-х годах. Более совершенные станки с ЧПУ появились в 1950-х годах. Эти производственные машины были сконструированы на основе существующих инструментов, которые были модифицированы двигателями, предназначенными для перемещения органов управления машины. Эти элементы управления следовали за конкретными точками, которые вводились непосредственно в машину на перфоленте.Позднее эти ранние механизмы были улучшены как в аналоговых, так и в цифровых компьютерах. Внедрение компьютерных технологий в понятие числового программного управления привело к тому, что мы теперь знаем как компьютерное числовое управление (ЧПУ).

Что такое числовое программное управление (ЧПУ)?

Компьютерное числовое управление, обычно сокращенно ЧПУ, представляет собой концепцию того, как детали машины работают, в зависимости от того, как детали — и любые соответствующие инструменты — запрограммированы на работу. Точно закодированные инструкции отправляются на так называемый внутренний микропроцессор в системе управления станка.Этот микропроцессор в основном работает как небольшой компьютер, способный получать закодированную информацию. Этот внутренний процессор принимает информационные инструкции, которые он получает, интерпретирует, как они конкретно предназначены для реализации с производственной точки зрения, а затем физически выполняет желаемую функцию для станка с ЧПУ. Основное преимущество ЧПУ состоит в том, что эти предварительно закодированные функции могут быть гораздо более конкретными и выполняться гораздо точнее, чем то, что кто-то может делать вручную с помощью станка.Эта точность также намного превосходит традиционное числовое программное управление.

ЧПУ предназначено для автоматизации процессов, повышения их эффективности и сокращения — или даже устранения — количества ручного труда, необходимого для их выполнения. Таким образом, станки с ЧПУ часто используются с программным обеспечением для автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированного производства (CAM). Популярные станки с ЧПУ включают токарные, фрезерные, фрезерные, плазменные, водоструйные и шлифовальные станки.

Современные станки с ЧПУ объединяют несколько инструментов в одну зону — или ячейку .В некоторых случаях несколько машин используются в сочетании с внешним контроллером вместе с помощником-человеком или роботом, который перемещает компонент с одной машины на другую. В любом случае, последовательность компьютерных инструкций, необходимых для производства детали, в высшей степени автоматизирована, и этот процесс дает деталь, которая очень похожа на первоначальный компьютерный дизайн.

От ЧПУ к ЧПУ

Как и в любой другой технологии, существуют примитивные и менее эффективные версии машин, которые со временем значительно улучшаются.Это практическое правило применимо к станкам с ЧПУ и ЧПУ. По сути, добавление буквы «C» к «NC» просто означает, что станок с ЧПУ намного более эффективен, чем станок с ЧПУ, благодаря достижениям в компьютерном программировании. Но, как отмечалось выше, у них много общего. Они просто уходят корнями в разные эпохи технологий.

Советы по выбору инструмента с ЧПУ для обработки с ЧПУ

Вот советы по выбору инструмента с ЧПУ от станка с ЧПУ, которые помогут вам в выборе инструмента с ЧПУ для ваших компонентов в мастерской станков с ЧПУ.

Советы по выбору инструмента с ЧПУ

Выбор инструмента для обработки с ЧПУ — это настоящее искусство, поскольку станок с ЧПУ может выполнять широкий спектр операций, таких как токарная обработка торцевых поверхностей, нарезание резьбы на профиле или дуговая обработка.

См. «Инструмент 1» на изображении. Если вы провели некоторое время в мастерской станков с ЧПУ, вы внезапно скажете: «О! это тип инструмента, который в основном используется в мастерских станков с ЧПУ. Конечно, это универсальный станок с ЧПУ. Этот инструмент можно использовать для

• Токарная обработка
• Торцевание
• Обработка канавок (обработка малых канавок, только если позволяет угол зазора)
• Точение конуса
• Дуговая обработка

Теперь посмотрим на «Инструмент 2», этот тип инструмента не широко используется.Какие операции обработки может выполнять этот инструмент?

Выбор инструмента для ЧПУ Советы по обработке

• Токарная обработка
• Обработка канавок
• Точение конуса
• Дуговая обработка

В чем разница, которую «Инструмент 1» может выполнять торцевание, но « Инструмент 2 ”не может делать торцевание, вот и все. Если это единственная разница, то почему «Инструмент 1» широко используется, а не «Инструмент 2». На самом деле основной угол режущей кромки имеет значение. Без сомнения, «Инструмент 2» очень хорошо работает для прямой токарной обработки, мы можем делать еще большие и более глубокие пропилы, если диаметр обработки никогда не меняется, но если вы попробуете крутой конус (обработка от меньшего диаметра к большему) во время обработки тогда этот инструмент не подходит.С другой стороны, «Инструмент 1» превращает точение конуса в удовольствие. То же самое с профильной или дуговой обработкой (если дуга крутая).

Note это все мои мысли, у вас может быть другое мнение. Но все это случилось со мной сегодня, я просто попытался обработать большую дугу с помощью «Инструмента 2», и он отказался (обработка была некорректной, и инструмент издавал звук, так как он трется, а не вращается). Операция, которую я хотел сделать, была такой: я хотел обработать дугу с начальным диаметром 40 мм и конечным диаметром 98 мм с длиной дуги 150 мм и радиусом дуги 600 мм, а материал компонентов — среднеуглеродистая сталь.И «Инструмент 2» действительно очень хорошо проявил себя, когда я просто применил его к диаметру прямой токарной обработки.

Концепции и программирование круговой интерполяции. Часть 1 (Концепции)

Это серия статей для машинистов / программистов с ЧПУ, объясняющих концепции и методы программирования круговой интерполяции.
Без сомнения, каждый компонент в цехе обработки с ЧПУ имеет что-то вроде дуги, радиуса, окружности, поэтому не только необходимо, но и необходимо научиться программировать эти дуги, радиус, окружности, а также изучить основные концепции, основы круга и круговая интерполяция.

Прочтите другие части этой статьи

Итак, вкратце, мы только что изложили серию статей / руководств, чтобы облегчить эту работу для машинистов с ЧПУ / программистов с ЧПУ и для новичков в области ЧПУ, которые только начали посещать классы ЧПУ.

ЧТО ТАКОЕ ЦИРКУЛЯРНАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ

Концепции круговой интерполяции Программирование, часть 1

Определение

Преобразование положений линейной оси в изогнутые движения инструмента называется круговой интерполяцией.Другое определение — «Команды круговой интерполяции используются для перемещения инструмента по дуге окружности в заданное конечное положение».

Круговая интерполяция требует пяти единиц информации; конечная точка, скорость подачи, центр, радиус и направление движения. Круговая интерполяция — это движение инструмента по окружности. Это может быть полный круг или меньше.

Прежде чем перейти к обсуждению пяти частей информации для круговой интерполяции, сначала очень важно понять элементы круга в деталях.

ЭЛЕМЕНТЫ КРУГА

ЭЛЕМЕНТЫ КРУГА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРУГА

Окружность определяется как замкнутая кривая на плоскости, где все точки находятся на одинаковом расстоянии от внутренней точки, называемой центральной точкой окружности.

РАДИУС

Радиус круга — это отрезок прямой от центральной точки до любой точки на окружности.

ДИАМЕТР

Диаметр круга — это отрезок прямой, проходящий через центральную точку круга и имеющий обе конечные точки на окружности.

QUADRANT

Квадрант — это любая из четырех частей плоскости, образованных системой прямоугольных координат.

Каждому программисту полезно понимать концепцию квадрантов и их применение для круговых движений в программах фрезерования и токарной обработки. Окружность программируется во всех четырех квадрантах из-за своей природы, в то время как большинство дуг программируются в пределах одного или двух квадрантов. При программировании векторов дуги I, J и K угловая разница между начальной и конечной точками дуги не имеет значения.Единственная цель векторов дуги — определить уникальный радиус дуги между двумя точками.

Прочтите другие части этой статьи

Что такое числовое программное управление? (с иллюстрациями)

Системы числового программного управления или ЧПУ представляют собой обрабатывающие инструменты с компьютерным управлением, используемые в производстве. Преимуществом систем числового программного управления является повышенная точность и скорость обработки для производственных машин. В системе ЧПУ есть центральный компьютерный процессор, используемый для интерпретации спецификаций и управления машиной.

Системы числового программного управления — это обрабатывающие инструменты, используемые в производстве для повышения точности и скорости обработки.

Первые станки с числовым программным управлением были построены в 1940-х и 1950-х годах. Эти системы были довольно простыми, они были созданы путем модификации существующих инструментов для принятия инструкций на основе точек, напечатанных на бумажной ленте.Успех этой первоначальной попытки стимулировал дальнейшее развитие в этой области. Повышенная доступность компьютеров позволила разработчикам и дизайнерам дополнительно улучшить эти системы. Современные инструменты с числовым программным управлением являются усовершенствованной версией этих же инструментов.

Станки с ЧПУ должны программироваться и проверяться обученными операторами.

В современных системах числового программного управления весь процесс от проектирования до производства завершается компьютером. Первоначальный дизайн продукта создается с помощью программы автоматизированного проектирования или CAD. Этот тип программного обеспечения специально разработан для создания не только подробного изображения и чертежа продукта, но и подробных схем и размеров.Серия компьютерных файлов создается из программы САПР на основе определенных команд, необходимых для каждой машины в процессе.

Современные производственные машины больше не являются однофункциональными. Вместо этого в ячейку или единицу встроено несколько компонентов.Например, деревообрабатывающий станок часто включает в себя множество пил, сверл и шлифовальных машин. Размещение всех этих инструментов в одном устройстве повышает эффективность обработки и сокращает количество необходимых машин.

Некоторые процессы лучше всего работают с периодом охлаждения между различными этапами.Многие фирмы используют роботизированные процессоры или ленты с внешним управлением для перемещения продуктов с одной стадии на другую. Возможности для контроля качества часто создаются на этапе транспортировки, что позволяет людям вмешиваться в процесс, если это необходимо.

Станки с числовым программным управлением используются для создания изделий, требующих сложной серии шагов.Автоматизация любого из этих шагов значительно сокращает время обработки и способствует плавному процессу. Чем больше автоматизации включается в процесс, тем больше сокращаются узкие места и тем стабильнее результат.

Эти машины обычно используются в обрабатывающем или производственном секторе.Как правило, наиболее автоматизированными процессами являются те, которые включают в себя небольшие компоненты и требуют очень высокой степени точности. Другая отрасль, в которой используются эти инструменты, — это горная промышленность или бурение. Во многих ситуациях рабочая среда очень опасна или опасна для человека. Использование сверлильного станка с ЧПУ позволяет продолжить работу со значительно меньшим уровнем риска.

Машинист с ЧПУ должен иметь опыт программирования, тестирования и настройки оборудования для получения желаемых результатов.