Устройство станков ЧПУ. Основные части и системы обеспечения станков ЧПУ

Устройство станка с ЧПУ. Как работает фрезерный станок с ЧПУ. Оси токарного станка с ЧПУ. Достоинства станков с ЧПУ. Программирование станков с ЧПУ.

Виды и классификация станков с ЧПУ

Существует большое количество агрегатов с ЧПУ, которым отделена определенная роль.

Функции и характер работ

Станки делятся на виды согласно своим функциям и характера работ:

  • Токарные. Предназначены для обработки заготовок, путем вращения и резания металла;
  • Фрезерные станки. Используются для обработки плоских и фасонных поверхностей, деревянных, металлических, а также иных заготовок;
  • Сверлильные. Служит для сверления глухих и сквозных отверстий в цельном изделии, закручивании или раскручивания и так далее;
  • Шлифовальные. Используют для шлифовки изделия;
  • Другие.

Классификация механических устройств с числовым программным управлением происходит в зависимости от их качеств и характеристик, различие которых довольно существенно.

работа со станком чпу

Масса

Исходя из массы, станок с ЧПУ может быть:

  • Легкий (вес до 1 т);
  • Средний (вес до 10т);
  • Тяжелый (вес до 100т);
  • Уникабельный (вес более 100т).

мини станок с чпу

Степень точности

Агрегаты с числовым программным управлением обладают высокой жесткостью и точностью, что дает возможность обеспечить высокое качество обработки изделия. По степени точности металлообрабатывающие машины делятся:

  • Н – нормальной точности;
  • П – повышенной точности;
  • В – высокой точности;
  • А – особо высокой точности;
  • С – особо точные (мастер – станки).

Уровень универсальности

Область применения устройств, на которых применяется числовое программное управление довольно обширна. Они используются для изготовления, как единичных изделий, так и массового производства. Исходя из этого, можно выделить еще одну категорию классификации по уровню универсальности машины:

  • Универсальные. Они используются для изготовления небольших партий деталей или одной единицы продукта, имеют широкое распространение на небольших предприятиях;
  • Специализированные. Этот вид станков используют на специализированных предприятиях, так как они изготавливают детали одного типа большими партиями;
  • Специальные. Эти станки производят одну деталь, как правило, используют для массового производства.

станок чпу для обработки пенопласта

Расположение шпинделя

Еще одной важной особенностью, по которой можно классифицировать металлообрабатывающие устройства – это расположение шпинделя. Оно бывает:

  • Горизонтальное;
  • Вертикальное;
  • Наклонное;
  • Комбинированное.

Приведенная классификация не является исчерпывающей, приборы классифицируют еще по типоразмерам, назначением, но представленное описание даст вам оптимальное представление о разновидностях станков с чпу.

Что такое станок с ЧПУ?

Человечество всегда любило создавать средства производства. С развитием человеческого общества средства производства становились всё более совершенными. Каждая эпоха оставляет свои отпечатки, так и одно из самых значимых достижений ХХ-го века – транзистор совершил революцию в металлообработке. В первые за всю историю человечества появилась возможность серийно производить детали, практически* без участия человека.

*Неискушённому читателю может показаться, что станки с ЧПУ делают всё сами. На самом деле это не так. За уже налаженной программой кроется огромный и скрупулёзный труд высоко квалифицированных специалистов.

Итак, начнём с основного. Аббревиатура ЧПУ расшифровывается, как числовое программное управление, или по английский — computer numerical control (CNC). Станок оборудованный стойкой ЧПУ можно рассматривать, как классический станок, у которого перемещением режущего инструмента управляет компьютер по заранее написанной программе. Кроме того, станок имеет вспомогательные устройства, позволяющие автоматизировать процесс обработки деталей.         

Основные плюсы станков с ЧПУ:

  — Высокоточная обработка деталей – большинство станков с ЧПУ могут выполнять обработку детали с точностью 0,01мм.

   — Повышение степень автоматизации производства – станок может обрабатывать заготовки без участия человека. Необходимо только менять заготовки, и контролировать износ режущего инструмента. Ну и написать и наладить программу.

   — Высокая скорость обработки деталей – благодаря электрическим приводам осей рабочая скорость перемещений на станке с ЧПУ может достигать 3000 мм/мин.

Основные недостатки станков с ЧПУ:

   — Большая стоимость станка – за удобство нужно платить. Стоимость заурядного станка с ЧПУ может начинаться от 1-го миллиона рублей (на 2019 год).

    — Сложное устройство станка с ЧПУ – для обеспечения исправности станка необходимо проводить своевременное техническое обслуживание.

   — Длительное время переналадки – изготавливать только несколько единиц продукции на станках с ЧПУ обычно не выгодно. Время переналадки на новую деталь может занять около 1-го часа.

Станина

Основной неподвижной частью станка является станина, состоящая из 2 вертикальных рёбер. Между ними находятся несколько поперечных перекладин, обеспечивающих жёсткость и неколебимость статора.

Станина

Станина располагается на ножках, их количество зависит от длины станины. Конструкция ножек-тумб такова, что в них могут храниться необходимые для работы станка инструменты.

Верхние поперечные рейки станины служат направляющими для передвижения по ним суппорта и задней бабки. Сравнивая схемы станков, легко заметить, что в некоторых конструкциях используются направляющие 2 видов:

  • призматические для перемещения суппорта;
  • плоская направляющая для хода задней бабки. В очень редких случаях её заменяет призматического типа.

Основные узлы станка с ЧПУ:

Прежде чем разбирать конкретный станок мы рассмотрим общее устройство станка ЧПУ. Основные узлы станка с ЧПУ представлены на упрощённой схеме:

Структурная схема станка ЧПУ

Рисунок 2. Структурная схема станка ЧПУ.

1.Основной элемент этой системы – компьютер. Компьютер на станке с ЧПУ может выглядеть абсолютно различно. Бывает, что делают ЧПУ станок под управлением обычного персонального компьютера с операционной системой Windows. Или станок может управляться специализированным компьютером со своей ОС. Обычно устройство системы ЧПУ очень непривычно рядовому пользователю, поэтому обучится с нуля получится не у многих.

Компьютер станка осуществляет 3 самые главные задачи:

-Принимает команды оператора и сигналы с датчиков;

-Управляет приводами станка;

-Анализирует состояние станка;

2.Панель оператора необходима для управления человеком станка с ЧПУ. На ней находится экран компьютера, отображающий нужную оператору информацию, а также кнопки управления станком (запуск программы, экстренный останов и пр.).

Стойка с ЧПУ FANUC

Рисунок 3.  Красным цветом выделена стойка с ЧПУ (компьютер). Синим цветом выделены функциональные кнопки панели оператора. Так выглядит среднестатистическая стойка с ЧПУ FANUC.

Всё управление станком происходит непосредственно с панели оператора. Стойки операторов разных производителей станка могут сильно отличатся, но выполняют одни и те же функции. Все кнопки снабжены стандартными пиктограммами.

3.Программа – это последовательный набор инструкций действий станка. Программа может быть создана по готовой 3D модели детали или по чертежу детали непосредственно на стойке с ЧПУ. Стоит отметить важную деталь – программа должна быть написана на языке программирования поддерживаемым стойкой ЧПУ. Самый распространённый язык программирования – это G-код.

Пример программы для токарного станка в G-коде:

   T0101;                                   выбор инструмента

   S1500 M3;                             включение шпинделя

   M8;                                        включение СОЖ

   G0 X54 Z0;                            подвод на ускоренном ходу

   G1 X0 F0.1;                           подрезка торца на рабочей подаче

   G0 Z5;                                    отход от торца детали

   G28 U0 W0;                           отвод в точку смены инструмента

   M5;                                        выключение шпинделя

   M9;                                        выключение СОЖ

   M30;                                      конец программы

Написать программу обработки можно в CAM-системе. CAM-система – это компьютерная программа позволяющая генерировать траектории перемещения осей станка по компьютерной модели детали. Современные CAM-системы способны создавать готовые программы (со сменой инструмента и подобранными режимами резания) которые могут сразу же выполнятся на станке. Как самостоятельно подобрать режимы резания Вы можете узнать в этой статье.

На современных станках управляющая программа может загружаться в стойку ЧПУ при помощи USB-флэшки, или даже с компьютера по сети Ethernet. Запоминающее устройство ЧПУ станка может хранить программу в самой стойки ЧПУ.

4.Драйвер двигателя получает сигналы от компьютера, усиливает и преобразовывает их до величин необходимых для вращения двигателя. Когда станок включен и не осуществляет перемещений, драйвер посылает на двигатель «ток удержания», который позволяет зафиксировать текущее положение станка и не дать его изменить. Так же драйвер следит за тем, чтобы нагрузка на двигателе была приемлемой, и при превышении тока потребления двигателем допустимых параметров, драйвер его обесточивает двигатель и посылает компьютеру сигнал об ошибки.

сервоусилитель FANUC

Рисунок 4. Внешний вид драйвера двигателя (сервоусилителя FANUC) двух шпиндельного токарного станка. На фотографии слева направо: сервоусилитель оси Z, сервоусилитель осей X и Y и два драйвера управления шпинделями станка.

5.Двигатели станка вращают вал оси станка. Типов двигателей, которые могут быть установлены на станке с ЧПУ, очень много. Основные требования к ним – это возможность точного позиционирования угла поворота ротора. Двигатель станка может оснащаться дополнительным электрическим тормозом, для того что бы предотвратить нежелательное перемещение оси станка.
6.Механика оси. Сюда входят направляющие оси и ходовые винты. На современных станках с ЧПУ устанавливают направляющие качения и шарико-винтовые передачи. Это позволяет снизить трение и износ механических частей станка, а также повысить точность обработки. Принцип действия направляющих качения очень схож с принципом действия подшипника – между кареткой и направляющей вращаются шарики, благодаря которым снижается трение движущихся узлов

гайка ШВП и направляющие качения

Рисунок 5. Устройство шарико-винтовой передачи (вверху) и направляющей качения (внизу).

7.Датчиком положения может быть: энкодер, оптическая линейка или резольвер. Датчика вообще может не быть в станке с ЧПУ, если станок очень дешёвый и собран на шаговых двигателях. Но в теме ЧПУ станков это едва ли не самый главный элемент. Именно благодаря датчику положения компьютер понимает – выполнилась ли команда перемещения на заданное расстояние или нет. По-научному это называется отрицательная обратная связь. А если по-простому, то компьютер не просто отдаёт приказы о перемещении инструмента, но и строго следит за их точнейшим выполнением, благодаря датчикам положения. Датчики имеют жёсткую связь с механикой станка, что позволяет точнее контролировать положение осей станка.

Двигатель с датчиком положения и блоком его управления называется серводвигателем (сервоприводом).

8.Ось станка. Пункты 4, 5, 6 и 7 вместе образуют линейную ось станка. Линейных осей у станка может быть несколько. Двигатель вращает винт через муфту. Муфта снижает нагрузку на двигатель в момент начала движения и устраняет возможный перекос осей вращения двигателя и винта. На винте каждой оси установлена гайка, которая при вращении вала линейно перемещается по нему. От направления вращения двигателя зависит направление движения гайки. От того на какой угол повернётся двигатель зависит на сколько миллиметров сдвинется гайка. К гайке, в свою очередь, крепится стол или салазки станка. На задней части двигателя установлен датчик положения.

Схема оси станка с ЧПУ

Рисунок 6. Схема линейной оси станка.

9.Драйвер шпинделя станка. Выполняет те же функции, что и драйвер двигателя линейной оси. На станках попроще это может быть обычный частотный преобразователь. В зависимости от того, какие обороты шпинделя выбрал оператор, драйвер шпинделя питает мотор шпинделя переменным напряжением нужной частоты. Чем больше будет частота переменного напряжения, тем быстрее будет вращаться шпиндель. Зачастую мощность драйвера шпинделя в разы больше, чем мощность драйвера оси.
10.Шпиндель – механический узел который отвечает за крепление и вращение режущего инструмента на фрезерном станке или заготовки на токарном. На ЧПУ станках стоят высокооборотные шпиндели (средняя скорость вращения 3000 об/мин), что снижает нагрузку на остальные элементы станка и повысить производительность. На низких оборотах такие шпиндели имеют маленький крутящий момент. Устройство шпинделя фрезерного или токарного станка с ЧПУ очень сложное. Для большинства людей шпиндель – это не разборный узел. Починить его могут только высококлассные специалисты, и то не всегда.
11.Поворотная ось. Для того, чтобы поворачивать деталь на нужный угол, применяется поворотная ось. Без поворотной оси невозможно сделать токарно-фрезерный станок. Поворотная ось может быть установлена не только на оси вращения шпинделя, но и как дополнительная ось на столе фрезерного станка.
12.Смена инструмента позволяет полностью автоматизировать процесс обработки заготовки. Станки, не оснащённые сменой инструмента пригодны только для изготовления сложных не серийных деталей (например — пресс-формы).
13.СОЖ – это смазывающая охлаждающая жидкость. Применяется для увеличения времени износа инструмента, повышения качества обрабатываемой поверхности и увеличении режимов резания. Кроме того, она хорошо удаляет стружку из зоны резания. Так как станки с ЧПУ имеют полностью закрытый корпус, то подача СОЖ в зону резания осуществляется в больших объёмах. Поэтому средний объём бака для СОЖ 100 литров.
14.Смазка направляющих – ещё один важный элемент автоматизации станка. Станки с ЧПУ могут работать по три смены в день (круглосуточно). Поэтому смазка узлов осуществляется во время работы в фоновом режиме. Смазка заливается в бачок и из него насосом по трубкам доставляется во все узлы станка, которые требуют смазки.
15.Устройство безопасности. Скорость перемещения станка на ускоренной подаче может быть 10000 мм/мин. Это очень быстрое перемещение. Для того, чтобы в процессе выполнения программы обезопасить оператора от несчастного случая на станках устанавливаются электромеханические замки, которые не позволяют эксплуатировать станок с открытой дверью. Большие станки без корпуса имеют оптические датчики движения, при срабатывании которых происходит остановка станка. Иногда блокирующее устройство ЧПУ станка демонтируют, что является нарушением техники безопасности.

Для предотвращения поломки деталей осей на пути их движения установлены концевые выключатели, сообщающие станку о невозможности дальнейшего перемещения оси.

К устройствам безопасности относится и кнопка экстренного останова. Она позволяет полностью остановить станок при возникновении чрезвычайной ситуации.

Основные узлы станков с ЧПУ

Вся конструкция оборудования в основном состоит из узлов, задача которых выполнять положенную на них определенную функцию. В зависимости от ее вида возможно наличие дополнительных узлов, что обеспечивает индивидуальные особенности агрегата.

На примере токарного станка, рассмотрим, какими основными узлами обладают машины с ЧПУ. Основной задачей токарных станков является обработка заготовок, путем вращения и резания металла.

Среди основных узлов токарного станка с ЧПУ выделяют:

  1. Основание.
  2. Станина.
  3. Шпиндельная бабка.
  4. Резцовая головка автомат.
  5. Приводы передач.
  6. Задняя бабка.
  7. Датчик нарезания резьбы.
  8. Панель управления.

основные узлы токарного станка чпу

Следует подробней поговорить об этих узлах токарного станка.

  • Основание. Представляет собой литую прямоугольную форму, которая в паре с сатиной обеспечивает крепкую конструкцию и виброустойчивость;
  • Станина. Выступает главной деталью токарного станка. Она соединяет остальные узлы и механизмы устройства. Состоит из двух стенок, соединение между которыми осуществляется благодаря поперечным элементам, обеспечивающих жесткость и крепость. На сатину крепятся бабка, коробка передач, а также специальные направляющие, которые в зависимости от вида металлообрабатывающего устройства, перемещают заднюю бабку и суппорт с фартуком;
  • Шпиндельная бабка. В ней находится шпиндельный подшипниковый узел, который фиксирует и вращает установленную заготовку;
  • Резцовая головка автомат. Последовательно устанавливает режущие инструменты в рабочее положение;
  • Приводы подач (главного движения, продольной и поперечной подачи). Электромоторы преобразующие вращательное перемещению ротора в линейное движение узлов с помощью шарико-винтовых пар;
  • Задняя бабка. Ее задача, удерживать в центрах обрабатываемой заготовки;
  • Датчик нарезания резьбы. Специальный датчик, установлен на шпиндельной бабке. Он предназначен для нарезания резьбы;
  • Панель управления.  В токарный станок встроено несколько панелей, для комфортной работы и контролирования процесса изготовления деталей. Они размещены как в рабочей зоне, так и иных системах ЧПУ.

В сравнении с токарным станком другие металлообрабатывающие машины могут иметь другую комплектацию.

Знание устройства станка с ЧПУ и его основных узлов, позволит быстро включиться в работу с агрегатом, а в случае чего, устранить неполадки, или объяснить мастеру суть проблемы.

Принцип работы современного токарного станка с ЧПУ

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.

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.

токарный станок с чпу по металлу

Какие бывают станки с ЧПУ?

Станков с ЧПУ очень много и все они имеют разное устройство. Разобьём многообразие станков с ЧПУ на фундаментальные категории:

Полуавтоматы. Это станки, работающие по конкретному алгоритму, обычно настройка их заключается в регулировании механических узлов станка и настройки времени срабатывания исполняющих устройств. Обучится на подобные станки не составляет труда. Обычно они имеют интуитивно понятный интерфейс и подробную инструкцию по работе. Стойки с ЧПУ они не имеют, а оснащаются панелью оператора, на которой осуществляется выбор основных параметров работы станка и запуск цикла обработки. Полуавтоматами обычно бывают:
    1. Шлифовальные станки
    2. Отрезные станки
    3. Гибочные станки
    4. Кузнечнопрессовое оборудование
    5. Гильотинные ножницы
2-D обрабатывающие станки. Это станки, которые обрабатывают плоские детали. В основном движение режущего инструмента осуществляется по двум осям. Возможно добавление оси изменения угла наклона инструмента, что позволяет вырезать детали с коническими поверхностями. Зачастую программирование таких станков сводится к созданию двухмерного контура детали и обработка его в специализированной CAM-системе, которая поставляется вместе со станком. К этим станкам относятся:
  • Гидроабразивные резки
  • Плазменные резки
  • Газовые резки
  • Станки эрозионной обработки
  • Просечные станки
3-D обрабатывающие станки. В эту категорию можно отнести все станки, которые позволяют обработать объёмную деталь. Наладка подобных станков может занять гораздо больше времени. Иногда в наладке и обслуживании подобных станков может участвовать коллектив в несколько человек. Программа для таких станков может быть написана по-разному, как в CAM-системе, так и на стойке ЧПУ.
  • Токарные станки
  • Фрезерные станки
  • 3d принтеры
  • Станки ротационной вытяжки
  • Гравировальные станки

Как видно станков, которые управляются компьютером очень много. Все они имеют собственные особенности. Наиболее распространёнными являются токарные и фрезерные станки. О них мы расскажем поподробней. Их в свою очередь можно разделить на деревообрабатывающие станки и металлообрабатывающие станки. Устройство станка с ЧПУ по металлу гораздо сложнее, и именно о них пойдёт речь.

Типы токарных станков с ЧПУ

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.

Как научиться работать на фрезерном и токарном станке с ЧПУ по дереву и металлу?

Обращению с токарными и фрезерными ЧПУ-станками учат в колледжах. Там уделяют достаточно много внимания и теории, и практике. Однако практика, пройденная к колледже, может не соответствовать тем требованиям, которые конкретный работодатель будет предъявлять на рабочем месте. Поэтому у многих работодателей есть вакансии с обучением на месте, где от соискателей требуется в первую очередь знание теории.

Теорию можно пройти в интернете. Минимальная продолжительность курса по Skype составляет две недели. За три дня, вопреки рекламным обещаниям, ничему научиться нельзя.

Дистанционные курсы хороши тем, что ученикам дается много заданий на написание управляющих программ для станков и создание векторных изображений.

Принцип работы станка ЧПУ по металлу

Справка. Оборудование с ЧПУ способно разрезать металл, толщина которого не превышает двух сантиметров.

Работа таких станков основана на действии электрической дуги, формирующейся между соплом устройства и электродом. Постоянная дуга образуется при помощи быстрой подачи раскаленного металла, который расплавляет металл по определенной траектории. Максимальная температура плавления равна +30 000 градусов.

Для формирования плазмы применяются активные газы. При этом для обработки материалов используют кислород, а цветные металлы нарезают азотом, аргоном или водородом. Кислород, используемый для разрезания стали и мягких металлов, минимизирует расход материала и в итоге получается ровная кромка.

( 2 оценки, среднее 5 из 5 )

Видео

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:

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...