Для большинства деталей это процесс «полного цикла», который минимизирует производственные затраты. Он также характеризуется надежностью (может работать годами без перерыва), гибкостью и множеством возможностей.
Что такое станки с ЧПУ, и какие технологические операции они выполняют
Что такое станки с ЧПУ и какие операции они могут выполнять? Когда имеет смысл приобретать станок с ЧПУ в производственной среде? Проектирование и автоматизация станков с ЧПУ. Как написать программу ЧПУ.
- Целесообразность применения
- Классификация станков ЧПУ, их характеристика и обозначения
- Технологические группы
- Степень автоматизации
- Основные параметры станков ЧПУ
- Принцип программирования
- Станки фрезерные с ЧПУ
- Конструктивные особенности фрезерного станка с ЧПУ
- Станки токарные с ЧПУ
- Классификация токарных станков с ЧПУ по виду выполняемых работ
- Конструктивные характеристики
- Многоцелевые станки (обрабатывающие центры)
- Конструктивные особенности
- Проблемы
Что такое ЧПУ и как его определить? Аббревиатура расшифровывается как числовое программное управление — электронная система, которая управляет работой исполнительных механизмов (ползун, шпиндель, поворотный стол) на производственных станках.
Исполнительные механизмы получают команду от системы ЧПУ и начинают перемещать заготовку по траектории, описанной в управляющей программе (УП) станка. УП представляет собой серию команд в виде G- и M-кодов — языка программирования системы ЧПУ. Программа ЧПУ остается в памяти системы, и оператор (обученный токарь или механик) может в любой момент отредактировать ее, скопировать или составить новую программу из ее блоков.
Станки с числовым программным управлением используются практически во всех отраслях промышленности. Они используются для производства тонких деревянных панелей и мебели, для изготовления рекламной продукции и моделей, а также для изготовления игрушек. Но основная область их применения — это, конечно же, металлообработка.
Эти станки имеют множество преимуществ. Высокая производительность — один станок с ЧПУ заменяет 5-6 обычных станков. Управление станком с ЧПУ сводится к настройке и контролю по определенной форме, поэтому потребность в грамотных токарях и обученных фрезеровщиках сразу уменьшается. Но за преимущества приходится платить, и в случае станка с ЧПУ экономить нельзя.
Целесообразность применения
В производственных условиях, когда выгодно покупать станок с ЧПУ?
- Деталь стоит очень дорого (вал или лопатки турбин, авиационные запчасти, детали медицинского оборудования), а значит, нужно исключить саму вероятность ошибки.
- Изделия выпускаются серийными партиями.
- Деталь имеет сложную поверхность. Для ее механической обработки потребуется выполнить множество технологических операций.
- В процессе изготовления детали возможны небольшие изменения в ее конструкции. На станке ЧПУ изменения в управляющую программу можно внести сразу с пульта оператора агрегата.
- У детали маленький квалитет по допуску (первые 6 из 19). Если на станках установлено числовое программное управление, то допустимые отклонения в размерах изготавливаемой детали определяются дискретным шагом привода, который не превышает 3 мкм.
Классификация станков ЧПУ, их характеристика и обозначения
В моделях станков используются буквенно-цифровые обозначения. Поэтому нужно знать, какая буква (цифра) используется для определения уровня автоматизации, класса точности и назначения станка.
Технологические группы
Если классифицировать станки по типу основной функции, то их можно разделить на следующие технологические группы:
- Фрезерная группа и сверлильно-расточная. Так как современное фрезерное оборудование довольно универсально, и может растачивать, сверлить, зенкеровать, то грань между фрезерной, сверлильной и расточной группой довольно условна.
- Токарная.
- Шлифовальная.
- Зубообрабатывающая.
- Многоцелевые станки или обрабатывающие центры.
По той же классификации каждой группе присваивается номер. Токарные станки имеют номер 1, фрезерные — номер 6, сверлильные — номер 2 и прочие станки — номер 9. Если вам нужно расшифровать маркировку, обратите внимание на первую цифру. Эта цифра указывает на технологическую группу станка
Степень автоматизации
Системы управления ЧПУ, которые оснащают станки программным обеспечением, также имеют свои системы классификации. Здесь классификация основана на следующих параметрах:
- Назначение. Выпускаются позиционные, прямоугольные, непрерывные, комбинированные станочные системы управления.
- Способ загрузки. Программное обеспечение в систему может устанавливаться через диск, флеш-носитель, магнитную или перфорированную ленту.
- Тип привода: шаговый, ступенчатый, регулируемый.
- Число управляемых (одновременно) координат и погрешности их задания.
Степень автоматизации станка обозначается буквой F «N» и является последним элементом маркировки.
- Ф1 — механизм оснащен устройством цифровой индикации. Координаты перемещения вводятся с клавиатуры, каждый раз на один кадр программы.
- Ф2 — в оборудовании используется позиционная (в сверлильных и координатно-расточных группах) или прямоугольная (во фрезерных, токарных и расточных группах) система управления.
- Ф3 — оборудование с контурными или непрерывными СЧПУ. Используя их можно обрабатывать поверхности любой степени сложности.
- Ф4 — ЧПУ станком управляет многооперационная комбинированная СЧПУ, в которой совмещаются возможности контурного и позиционного управления.
- Ц — цикловое программное управление. Самая дешевая и простая система автоматизации. Устанавливается на машины для производства однотипных деталей. Система циклового управления используется на станках с 2-3 точками позиционирования.
В маркировке обязательно присутствует индекс, указывающий на наличие автоматической смены инструмента (ATC). Они обозначаются буквами: «П» — смена и закрепление инструмента осуществляется поворотом револьверной головки, «М» — смена инструмента осуществляется специальным барабаном, называемым держателем инструмента. В маркировке моделей станков с ЧПУ для домашнего использования это буквенное обозначение предшествует типу системы программного управления Ф «N».
Станки с ЧПУ: что это такое?
Давайте узнаем, что такое станок с ЧПУ и что означает эта аббревиатура. NC — это система числового программного управления. Это компьютеризированная система для расчета и автоматизации технических операций. Управление осуществляется с помощью специальных команд — G-кодов. Система может быть запрограммирована извне или подключена к компьютеру.
Она состоит из таких элементов:
- пульт оператора;
- дисплей;
- контроллер;
- ПЗУ ‒ память долговременного хранения;
- ОЗУ ‒ временное хранение программ, используемых в настоящий момент.
Многие задаются вопросом: «Что делает станок с ЧПУ? Многие задаются вопросом: «Для чего нужен станок с ЧПУ?». Это один из самых востребованных станков во всех основных отраслях промышленности. Он считается дорогим, инновационным станком. Его используют для обработки металлов, фрезерования сложных деталей, изготовления офисной мебели, пластмассовых игрушек и сувениров. С помощью станка можно с точностью выполнять даже самые сложные задачи. Станок производит детали с самыми строгими требованиями к размерам и допускам. Компьютеризация и автоматизация устраняют риск человеческой ошибки. При правильном использовании станка исключается риск брака.
Возьмем в качестве примера фрезерный станок и изготовление плит.
Раньше, чтобы сделать такую тарелку, нужно было обладать художественным видением, чтобы вырезать лишнее из заготовки вручную или с помощью полуавтоматического инструмента. Когда нужно было сделать 10 штук, процесс превращался из творческого в рутинный для учителя. Все заготовки были разными и отличались друг от друга. Один мог заболеть или потерять интерес. У мастера могла дрогнуть рука и т.д. Сегодня, имея 3D-модель такой картины, любой, даже человек без художественного видения, может сделать такие объекты на станке с ЧПУ. Творчество все еще присутствует, потому что создание 3D-модели — это творческий процесс, доступный лишь немногим, и неважно, будет ли результатом физическая модель из дерева или на компьютере. Как только мы определились с моделью, нам нужно «сказать» станку, что делать — мы создаем программу последовательности (ПП), в которой указываем станку, какого размера деталь, какой инструмент использовать, на какой скорости, где начать, где закончить и т.д. В зависимости от компании и организации рабочего процесса это может делать либо оператор станка, либо отдельный технолог. В задачи оператора станка также входит установка заготовки и инструмента (если применимо), запуск станка и снятие готовой продукции. Необходимо своевременно менять смазочные материалы и убирать рабочую зону. Один рабочий может обслуживать несколько станков. Оператор не обязательно должен быть обучен работе на токарном или фрезерном станке. Достаточно, если он умеет работать с программой и понимает специфику используемых инструментов.
Виды станков
Станки делятся на несколько групп, различающихся по способности выполнять работу. Типы станков с ЧПУ зависят от вида воздействия на обрабатываемый материал:
- фрезерные, сверлильные, расточные ‒ используют для резки заготовок, раскроя листов, загибания углов, сверления отверстий;
- токарные ‒ для обработки наружной и внутренней поверхности, выполняют нарезку резьбы, позволяют создавать любые контуры.
- зубообрабатывающие ‒ позволяют создать необходимую геометрию шестеренок и других деталей;
- шлифовальные ‒ зачищают и выравнивают поверхность на конечном этапе обработки;
- многоцелевые ‒ сочетают в себе возможность выполнения всех видов работ;
- электромеханические ‒ включают в себя плазменные, лазерные, электрохимические, электроэрозионные агрегаты.
Фрезерный станок используется в производстве, где важно соблюдать точные параметры. Они бывают с вертикальными и горизонтальными шпинделями. Они работают на высоких скоростях. Существуют большие и компактные модели.
Лазерный станок — это общий термин для обозначения станка, который обрабатывает материал с помощью лазерного излучения (луча). Однако источник этого излучения и его свойства различны. Например, источником луча может быть лазерная трубка, в которую закачивается смесь различных газов, в основном CO2. Она используется для обработки широкого спектра материалов, реже металлов. Поскольку длина волны лазерного излучения способна воздействовать на металл в трубке мощностью 100 Вт, обработка цветных металлов практически невозможна. Для обработки металлов, в том числе и цветных, используются лазеры с иттербиевыми источниками. При наличии источника мощностью от 10 до 100 Вт их используют для маркировки и гравировки. Источники мощностью 300 Вт и более используются для резки листового металла. На рынке также можно найти твердотельные диодные лазеры. Из-за своего несовершенства и низкой эффективности они встречаются относительно редко и в основном используются в хобби-оборудовании.
Плазменный лазер предназначен для точной и аккуратной резки листового металла любой толщины.
Основные характеристики
Те, кто знаком с обработкой на современных станках с ЧПУ, давно оценили его преимущества. Устройство значительно повышает производительность. Оно снижает себестоимость продукции. Один станок с ЧПУ заменяет до 6 обычных станков. Он может непрерывно работать в течение многих лет и бесперебойно выполнять команды. Для обработки различных деталей достаточно просто изменить программу. Станок позволяет быстро изготовить изделие, спроектированное на компьютере. Он отличается надежностью, разнообразием функций, гибкостью настроек и точностью обработки. Благодаря этим характеристикам станки с ЧПУ часто используются на производствах, которые стремятся увеличить объем выпускаемой продукции.
Часы работы: Понедельник-пятница с 10:00 до 19:00 по красноярскому времени.
CNC24.РФ — российская станкостроительная компания.
Как новичку выбрать ЧПУ станок?
Что такое ЧПУ? Какие существуют различные типы станков с ЧПУ и как они работают? В этом разделе мы ответим на эти вопросы и сравним обработку на станках с ЧПУ с другими технологиями производства, чтобы помочь вам найти лучшее решение для вашей задачи.
Обработка с ЧПУ (числовым программным управлением) — это технология удаления материала. Это означает, что детали изготавливаются путем удаления материала из твердого блока, называемого заготовкой, с помощью различных режущих инструментов. Это принципиально иной производственный процесс, чем аддитивная 3D-печать или литье. Механизм удаления материала имеет как конструктивные ограничения, так и преимущества. Подробнее об этом читайте ниже. Обработка с ЧПУ — это в первую очередь цифровая технология. Она позволяет изготавливать высокоточные детали с отличными физическими свойствами непосредственно из файла CAD. Благодаря высокой степени автоматизации, обработка с ЧПУ очень экономична как при производстве отдельных деталей, так и небольших серий. Практически любой материал может быть обработан на станке с ЧПУ. Наиболее распространенными примерами являются металлы (алюминиевые и стальные сплавы, латунь и т.д.) и пластмассы, такие как ABS или нейлон. Композитные материалы и дерево также могут быть обработаны. Основной процесс обработки на станках с ЧПУ можно разделить на три этапа. Сначала инженер разрабатывает CAD-модель заготовки. Затем оператор станка преобразует файл CAD в G-код и настраивает станок. Наконец, станок с ЧПУ выполняет все операции по обработке. Это, конечно, требует определенного контроля над выполняемыми функциями станка.
Краткая история ЧПУ станков
- Самым ранним из когда-либо обнаруженных механически обработанных предметов, была чаша, найденная в Италии. Её изготовили в 700 г. до н.э., с помощью токарного станка
- Попытки автоматизировать механическую обработку начались в 18 веке. Тогда станки были чисто механическими и работали на пару
- Первая программируемая машина была разработана в конце 40-х годов в Массачусетском Технологическом Университете. Для её работы использовали перфокарты, чтобы кодировать каждое движение
- Распространение компьютеров в 50-х и 60-х годах коренным образом изменило обрабатывающую промышленность
- Сегодня станки с ЧПУ являются передовыми роботизированными системами с многоосевым и мультиинструментальным оборудованием, в том числе с автоматической сменой инструмента, без остановки в работе
В этом руководстве мы сосредоточимся на станках, которые обрабатывают материал с помощью режущих инструментов. Они наиболее распространены и имеют самый широкий спектр применения. Существуют также другие станки с ЧПУ. Лазерные, плазменные и EDM (электроэрозионная обработка).
3-х осевые станки с ЧПУ
Фрезерные и токарные станки с ЧПУ являются примерами 3-осевых систем. Эти «простые» станки позволяют режущему инструменту перемещаться по трем линейным осям относительно заготовки (влево-вправо, назад и вверх-вниз).
Фрезерные с ЧПУ
- Заготовка удерживается неподвижно прямо на станине станка или в тисках.
- Материал удаляется из заготовки с помощью режущих инструментов — фрез или свёрл, которые вращаются с высокой скоростью;
- Инструменты прикреплены к шпинделю, который может двигаться вдоль трех линейных осей.
Наиболее известны 3-осевые фрезерные станки с ЧПУ. Они в основном используются для производства наиболее распространенных геометрических форм. Они относительно просты в программировании и эксплуатации и обеспечивают относительно низкую стоимость обработки.
При фрезеровании на станках с ЧПУ доступ к инструментам ограничен из-за конструкции. Поскольку имеется только три оси, некоторые участки заготовки могут быть недоступны. Как правило, это не является серьезной проблемой, если заготовку нужно повернуть только один раз. Однако если требуется несколько оборотов, стоимость обработки может быстро возрасти.
- Может производить большинство деталей с простой геометрией;
- Высокая точность и жесткие допуски.
- Есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии;
- Ручное перемещение заготовки снижает достижимую точность.
Токарные станки с ЧПУ
Заготовка удерживается в шпинделе, который вращается с высокой скоростью.
Режущий инструмент или центровочное сверло обрабатывает внешнюю или внутреннюю окружность заготовки и формирует геометрию.
Инструмент не вращается. Он перемещается в радиальном и продольном направлениях.
Классификация станков с программным управлением: их характеристика и обозначения
Выпускаемые модели обозначаются буквами и цифрами. Они образуют код типа, который указывает на назначение станка, степень его автоматизации и класс точности. Различие основано на нескольких общих признаках, которые мы более подробно объясним ниже.
Технологические группы
В зависимости от типа выполняемых задач (основных), могут быть различные группы:
- 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 — ищите первую цифру номера детали станка с ЧПУ, эта расшифровка поможет вам сориентироваться.
Степень автоматизации
Все модели также делятся по следующим параметрам управления:
- 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 номере детали в конце указывается степень автоматизации — в виде F с цифрой (или буквой). Поясним, что означает станок с ЧПУ со следующей маркировкой после F:
1 — с цифровым дисплеем и вводом данных через клавиатуру — для одного движения за кадр,
2 — с позиционным методом управления (для сверления) или с прямоугольным методом (для фрезерования или точения)
3 — с управлением по траектории или контуру, для обработки особо сложных заготовок,
4 — с многозадачностью, сочетающей вышеперечисленные функции,
С — циклическая, которая является дешевым и простым алгоритмом, но очень практична для серийного производства однотипных деталей.
Кроме того, в маркировке присутствуют индикаторы ASI, то есть переключатели автоматической смены инструмента:
- Р – посредством поворота головки револьверного типа;
- М – из «магазина» – специально предназначенного барабана.
В номере детали эти буквы стоят перед FN.
Основные параметры
Давайте рассмотрим, что представляет собой станок с ЧПУ с точки зрения производства. Его основные характеристики зависят от технологической группы, к которой 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.
Принцип программирования
Каждая модель такого станка 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.
Вместе они обеспечивают правильное выполнение команд, каждая из которых должна быть правильно скоординирована. Это может быть сделано тремя различными способами:
- 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.
- 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.
- 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.
В последнем случае станок с ЧПУ настраивается следующим образом:
- 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 ни один обычный токарный станок не смог бы создать такое программное обеспечение.
Системы ЧПУ для автоматизации станков
Автоматизация производственных процессов вышла на новый этап развития. Компьютеры в управлении стали обычным явлением. Большинство современных людей уже знакомы со станками с ЧПУ, а многие известные компании выпускают станки с такими системами управления. Более глубокое знание предмета поможет разобраться в том, что предлагается.
- Что такое CNC: все о станках с ЧПУ
- Целесообразность использования
- Функции
- Особенности
- Классификация
- Основные параметры
- Принцип программирования
- Конструктивные особенности
- Виды станков с ЧПУ
- Фрезерные станки
- Токарные
- Многоцелевые
Что такое CNC: все о станках с ЧПУ
Компьютерное числовое управление, или ЧПУ, — это современное направление в развитии технологий различного назначения, основанное на использовании цифровых электронных устройств в управлении. В России оно известно как компьютерное числовое управление (КЧУ).
По сути, ЧПУ — это электронная система, которая управляет функциональными элементами станков и контролирует выполнение работы. Каждое движение исполнительного элемента задается определенной программой управления (ЧПУ) станка. Программа ЧПУ состоит из необходимых команд, записанных на языке программирования станка (G и M коды). Компьютер хранит программу ЧПУ в своей памяти, и оператор может использовать ее в любое время для выполнения конкретной задачи.
Современная система ЧПУ значительно расширила возможности системы ЧПУ, использовавшейся в прошлом. Она основана на микроконтроллерах, программируемых логических контроллерах и компьютерах с микропроцессорами.
Целесообразность использования
ЧПУ значительно повышает производительность труда и помогает сократить количество рабочих, но его внедрение требует значительных затрат и специально обученных работников, что не всегда экономически оправдано. Использование ЧПУ рекомендуется при следующих обстоятельствах:
- Производство изделий высокой стоимости, когда применяются дорогостоящее и дефицитное сырье. В этом случае необходимо минимизировать ошибки, исключить брак, что и обеспечивает ЧПУ.
- Выпуск однотипных изделий большими сериями. Отработанная программа позволяет снизить себестоимость и менять программное обеспечение (ПО) нет необходимости, а первоначальные затраты достаточно быстро окупаются.
- Изготовление сложных деталей, требующее проведения многочисленных технологических операций.
- Необходимость обеспечения выпуска многочисленных изделий, абсолютно идентичных по точности обработки. Программа обеспечивает такое производство с отклонением не более 3 мкм.
- Изготовление изделий, в конструкцию которых часто вносятся небольшие изменения. При использовании ЧПУ они легко вносятся в УП с пульта оператора станка.
Важно. Автоматизация производства является современной концепцией его организации, но она должна быть экономически оправдана.
Функции
ЧПУ способно выполнять следующие функции:
- Управление процессами обработки деталей из различных материалов (металлы, древесина, пластик и т. п.). Для этого данной системой обеспечивается станочный парк (станки с ЧПУ).
- Управление асинхронными электродвигателями. Их плавная регулировка крайне затруднена, а ЧПУ позволяет применять «векторное управление».
- Управление промышленными роботами.
- Управление периферическими устройствами различного назначения. Характерные примеры: 3D-принтеры и сканеры.
Некоторое оборудование поставляется с централизованными автоматизированными рабочими местами, на которые через промышленную сеть устанавливается необходимая программа. В этом случае система ЧПУ управляет работой не одного станка, а целого отдела или цеха (ABB Robot Studio, Microsoft Robotics Developer Studio).
Мастер ЧПУ что это за должность?
Мастер или оператор ЧПУ — это человек, который управляет и обслуживает это оборудование. Кроме того, необходим контроллер ЧПУ, который вводит и настраивает программы ЧПУ. Эти профессии могут быть совмещены — мастер-настройщик.
Перед операторами стоят такие профессиональные задачи, как обслуживание станка, контроль технологического процесса, проверка и испытание готовой продукции, устранение мелких дефектов, детальная настройка узлов, подготовка рабочего инструмента. Они работают в соответствии с должностной инструкцией, утвержденной компанией. Мастер может управлять несколькими станками одновременно. Контроллер ЧПУ выполняет следующие задачи: Разработка программы ЧПУ, введение ее в станок и ее проверка, настройка оборудования на определенные процессы.
Подготовка операторов и регулировщиков осуществляется в университетах (техникумах) или на специальных курсах по технологии машиностроения. Чтобы стать квалифицированным оператором, работник должен приобрести следующие знания: Устройство и характеристики станков с ЧПУ, технология обработки, основы программирования ЧПУ, принципы работы с компьютеризированными системами, точки отказа оборудования с ЧПУ, характеристики различных инструментов и материалов. Оператор должен строго соблюдать правила безопасности при работе
Станки с ЧПУ все чаще используются в производстве. Они способны достигать высокой точности при высоких скоростях. В то же время необходимо учитывать экономичность их использования. На российском рынке представлено множество высококачественных моделей, и вам необходимо выбрать оптимальный вариант для своих конкретных условий.
