Как работает станок с ЧПУ?

Как начать работать со станком с ЧПУ

Образование сегмента станков с ЧПУ, сегмента в доступном ценовом диапазоне привело к появлению множества мини производств и производителей любителей. Такой тип производства справляется без большой площади и целых конструкторских отделов, есть только станок и его оператор, он же проектировщик, он же программист.

Меня зовут Андрей Харациди, специалист службы технической поддержки. Моя цель на этот курс — обеспечить вас новыми приемами и подходами в ЧПУ обработке. Постараюсь быть максимально краток и дать наиболее практически применимые знания

Данный цикл статей предназначен начинающих специалистов и любителей из сферы ЧПУ производства

Начнем с общей теории и рассмотрим каждый подробнее в последующих материалах

Конкретно в этой статье мы поверхностно рассмотрим 3 этапа работ, при последовательном исполнении которых вам удастся получить из заготовки деталь. Для каждого из этапов мы будем использовать отдельное программное обеспечение, тут я не только расскажу о программах, но и дам свои рекомендации.

Этап I — нарисовать деталь

Переводим идею в проект. Важно помнить, что материал будущей детали (заготовки) должен дать вам возможность изготовить задуманное. Первая задача на пути к реализации и первая программа которая поможет нам ее решить.

Задача — нарисовать деталь

Решение — нарисовать изделие в CAD системе

Первая задача на пути к реализации и первая программа которая поможет нам ее решить.

Скульптурное моделирование

По-другому это называется создание моделей методом свободных деформаций.

В таких программах из тела произвольной формы получают необходимую модель детали. Это похоже на ручную лепку.

Для знакомства с такими программами перейдите по ссылкам: Silo3d Zbrush Mudbox Blender

Моделирование произвольных форм с некоторыми точными размерами

В таких программах рисуют сложные линии, и в то же время модели изготавливают с заданной точностью для сборки с остальными деталями проекта.

Для знакомства с такими программами перейдите по ссылкам: Rhino Viacad Sketchup

Параметрическое моделирование

Для изготовления деталей с точными размерами используют параметрические CAD-системы. В таких программах при изменении параметров модели происходит автоматическое перестроение изображения модели, всей сборки.

Это и называется параметрическое моделирование.

Для знакомства с такими программами перейдите по ссылкам: Inventor SolidWorks OnShape Компас 3D Creo

Рокомендуеемые программы (CAD системы): при выборе программы стоит думать не тоько о простоте но и перспективности и функцианальности. Проектировщикам без опыта Я советуею рисовать 3D модели в веб приложении Tinkercad. Tinkercad работает в браузерах, которые поддерживают 3D функционал: Chrome, Firefox, Yandex.

Этап II — объяснить станку как обрабатывать заготовку для получения детали

После получения модели, вам необходимо объяснить станку как (с какой скоростью, каким инструментом а главное, по какой траектории) обрабатывать заготовку для получения запланированной детали. Все это называется технологический процесс . Для написания техпроцесса используются CAM системы ли как ее называют — программа для ЧПУ .

Для написания техпроцесса Я рекомендую Вам использовать программу SprutCAM. Это полнофункциональная профессиональная CAM система от отечественного разработчика, незаменима при программирование станков с чпу для начинающих

Для небольших производств имеется специальное доступное предложение — SprutCAM Practik. Это программы для ЧПУ станков на русском под управлением Mach3, NCStudio, LinuxCNC и аналогов. Установщик SprutCAM Practik можно скачать бесплатно.

Задача — объяснить станку как обработать деталь

Решение — написать техпроцес в CAM системе

В CAM системе определяется траектория движения инструмента, далее эта информация переводится в специализированный язык G кодов (на рисунке), которые понимает сам станок с ЧПУ. Для вывода траектории из CAM системы в G-код используют постпроцессор. П остпроцессор выводит команды в G кодах понятные именно вашему станку с чпу. В следующих материалах мы разберем данную тему очень подробно на видео.

К слову, в SprutCAM постпроцессоры под большенсвто станков уже написанны и идут в комплекте с программой SprutCAM, что серъезно облегчает работу по написанию процесса, особенно для новичков (например программа для управления чпу станком mach3)

Этап III — запуск обрабортки на станке

Промышленные станки поставляются в комплекте со специальным компьютером. На него устанавливают программу управления электромоторами станка и выполнения перемещений на основе G-кода из CAM-системы.

Задача — получитьт деталь на станке

Решение — запустить программу обработки на станке

Бюджетные станки подключают к персональному компьютеру. На компьютер устанавливается простая программа для ЧПУ станка — Mach3, LinuxCNC или другие программы. Однозначно лучшая программа для чпу станка та которая стояла на нем!

Для получения программы для ЧПУ станков перейдите по ссылкам: Mach3 LinuxCNC

Подведем итог

Небольшая шпаргалка в виде таблицы.

I Программа для написания чертежей

CAD

II Программа для написания техпроцессов

CAM

III Программа для станков

ЧПУ

Дальше мы будет погружаться в более сложные и специфические темы. А пока можете установить предложенные выше программы и немного освойтесь.

В следующей статье начнем вникать в режущий инструмент и материалы.

Если вы уже готовы начать изготовление деталей на своем станке, установите триальную версию SprutCAM Practik и проведите первые эксперименты.

Какой принцип работы станков с ЧПУ ?

Принцип работы станка с ЧПУ – система использования станочного оборудования с числовым программным управлением с целью высокоточной обработки деталей.

Станок с ЧПУ – оборудование станочного типа с числовым программным управлением, предназначенное для высокоточной обработки деталей. Существует множество моделей аппаратов данного типа, но принцип работы станков с ЧПУ и практически идентичны. Устройства могут работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме под контролем оператора агрегата.

Конструкция

Чтобы понять, как работать на станке с ЧПУ, необходимо предварительно разобраться в его конструкции. Отдельные модели фрезерных и токарных станков имеют незначительные отличия, но базовые элементы идентичны.

Стандартная конструкция агрегата включает наличие:

  • станины;
  • коробки подач;
  • передней шпиндельной бабки;
  • задней бабки;
  • стержневого механизма;
  • суппорта.

Станина представляет собой основу оборудования – к ней крепятся другие комплектующие. Коробка подач отвечает за передачу движений, которые осуществляет шпиндель. Передаваемые движения принимаются суппортом. Передняя шпиндельная бабка состоит из:

  • коробки скоростей;
  • шпинделя;
  • крепежных элементов для фиксации и вращения заготовки.

Задняя бабка предназначена для закрепления заготовки с противоположной стороны, когда выполняется обработка на станках с ЧПУ центральной части. В качестве стержневого механизма могут выступать различные инструменты, такие как развертка или сверло. Именно этот элемент отвечает за центральную обработку заготовки. Он неразрывно связан с задней бабкой. От суппорта зависит надежность фиксации режущего инструмента и траектории его движения.

Работая с современным оборудованием, следует знать и дополнительных комплектующих. Конструкция станков может быть дополнительно оснащена:

  • вакуумным столом;
  • улавливателем стружки;
  • системой охлаждения фрезы.

Также для удаленного контроля агрегатом иногда могут использовать переносной пульт. По этому принципу работают в основном в узкоспециализированном производстве.

Характеристика

Перед тем, как научиться работать на станке, нужно разобраться в его характеристиках. Отличительной чертой станков, имеющих числовое программное управление, является высокая скорость и точность обработки. В отличие от более старого оборудования подобного типа четырехкоординатные фрезерные станки с системой числового программного управления имеют более высокий показатель надежности и удобства в использовании.

Еще одним фактором, отличающим токарный станок по дереву с числовым программным управлением от его аналогов, заключается в повышенном показателе жесткости. Эта особенность обусловлена:

  • короткими кинематическими цепями;
  • сниженными потерями на трении;
  • минимальными зазорами между элементами конструкции;
  • низким количеством механических передач;
  • повышенным быстродействием.

Подвижные элементы устойчивы к износу, а теплопотери и механическое трение сведены к минимуму. Для конструкции характерно чередование в соединении между твердыми материалами и мягкими. Так, например, стальные детали могут соединяться с пластиковыми. Работа выполняется благодаря роликам, имеющим преднатяг. Вероятность получения повреждений такими элементами крайне мала.

Принцип работы станка с системой ЧПУ также зависит от отличий приборов. По характеристикам токарные станки отличаются:

  • диаметром обрабатываемой заготовки;
  • габаритам детали, которую возможно зафиксировать;
  • максимальным расстоянием между центрами станочного прибора.

Обработка токарным станком на высоких скоростях и быстрое нагревание не оказывают влияния на показатель трения.

Особенности работы

Принцип работы фрезерного станка основывается на взаимодействии всех комплектующих. Знание связи между рабочими элементами помогает разобраться, как работать на фрезерном станке.

Задняя бабка имеет специальное место, в которое устанавливается рабочий механизм. Затем при помощи направляющих она размещается рядом с заготовкой на расстоянии, необходимом для ее фрезерования. Между задней и передней бабкой находится суппорт. После включения фрезерного станка с ЧПУ с его помощью будут выполняться продольные движения по заготовке.

Фреза выбирается в зависимости от того, из какого материала состоит обрабатываемая деталь, и какой результат нужно получить. Например, дерево обычно не требует применения жестких фрез.

Некоторые резцовые головки способны разместить четыре резца. Четырехкоординатный станок используется повышения качества и скорости обработки. Фрезерный станок с ЧПУ работает от электродвигателя, конструкция которого включает плотные приводной ремень. Он обеспечивает крепление ступенчатого шкива с мотором.

Чтобы фрезерование на ЧПУ станке выполнялась на высоком уровне, необходимо периодически проверять, насколько хорошо натянут ремень.

Работа оператора

Станки работают под контролем оператора. Он отвечает за:

  • смену и закрепление заготовок;
  • установку фрезы нужного типа;
  • запуск управляющей программы;
  • включение станка;
  • контроль за работой оборудования.

Оператор долго учится прежде, чем приступить к выполнению своих обязанностей. Первый запуск выполняется в тестовом режиме, поскольку вероятность допустить ошибку имеется даже тогда, когда специалист научил оператора правильно. Учащемуся предоставляются точные знания, но даже на самом современном устройстве имеется погрешность. На основе тестового запуска определяется, необходимо ли вносить коррективы в работу четырехосного прибора.

Читайте также  Как варить бензобак?

Также проверяется, подходит ли фреза для дерева или другого материала, из которого изготовлена деталь, и соответствуют ли габариты детали допустимым значением станка. На этом принципе основывается процесс работы практически всех моделей четырехкоординатных станков.

Некоторые считают: «Если я пользуюсь станком, больше ничего знать не нужно». Но к работе рекомендуется приступать, научившись создавать управляющие программы.

Программирование

ЧПУ станок запускается автоматическом или полуавтоматическом режиме только при наличии числовых управляющих программ (УП). Она включает все действия и принципы, по которым будет работать четырехосной станочный прибор. При создании управляющей программы задаются:

  • количество переходов и проходов;
  • параметры обрабатываемой заготовки;
  • основные характеристики рабочего инструмента.

УП создается на компьютере при помощи специальных приложений для работы со станками. Учимся работать на программах:

  • AutoCAD;
  • T-FlexCAD;
  • SolidWorks.

На перечисленном программном обеспечении создаются трехмерные примеры, на основе которых изготовляются реальные детали. После этого указывается, какими работами будет реализовываться поставленная задача. Если Вы научитесь создавать управляющие программы, со станочным оборудованием будет работать легче.

Как устроены и работают станки с ЧПУ

Нынешний уровень развития технологического прогресса, вкупе с высоким потреблением и соответствующим спросом, ставит различным производствам все новые и новые планки относительно количества и качества выпускаемой ими продукции. Требуемые сегодня объемы уже невозможно обеспечить не прибегая к всесторонней автоматизации.

В результате одним из главных новшеств за последнее десятилетие стало широкое внедрение станков с ЧПУ — станков с числовым программным управлением.

Задача повышения эффективности машиностроения может быть решена на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, улучшения структуры парка металлообрабатывающего оборудования, за счет внедрения станков с программным управлением, промышленных роботов, автоматических линий и комплексов, т. е. возможности быстрой переналадки оборудования при переходе на различные виды продукции.

Промышленный робот (автоматический манипулятор с программным управлением) является автоматической машиной (стационарной или передвижной), состоящей из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

Подробнее про роботов:

Автоматизация управления любым объектом заключается в подчинении движения этот объекта определенным требованиям, обеспечивающим наилучшее выполнение им своего целевого назначения. Такая организация движения объекта реализуется посредством устройств автоматического управления — управляющих машин, к которым относятся и системы программного управления.

Программное управление заключается в том, что требуемые режимы движения какого-либо управляемого объекта заранее рассчитываются и фиксируются в соответствующих хранителях информации — органах памяти. Процесс управления сводится к воспроизведению объектом движений, зафиксированных данной программой.

Программное управление – управление с помощью систем, обеспечивающих быстрый переход на любую программу работы путем набора ее или записи условным кодом на программоносителе, с помощью которого она вводится в устройство управления.

Числовое программное управление станком – управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе (УП), в которой данные заданы в цифровой форме.

Системы числового программного управления (ЧПУ) строятся на базе аппаратных и программных средств, ориентированных на применение микропроцессоров и современных микро-ЭВМ с периферийным оборудованием, на применении быстродействующего автоматизированного электропривода, обеспечивающего воспроизведение программных траекторий движения, а также системах автоматизированного проектирования, подготовки и отладки системного и прикладного программного обеспечения.

Внешний вид УЧПУ модели WinPCNC

Итак, ЧПУ (числовое программное управление) представляет собой по сути компьютеризированную систему управления механизмами станка, использующую для выполнения тех или иных поставленных задач определенные машинные команды. Данная технология позволила многим предприятиям резко повысить их производственные мощности и параллельно понизить себестоимость выпускаемой продукции.

Программирование порядка и режима работы станка с ЧПУ осуществляется при помощи наборов специальных функций и алгоритмов, понятных цифровой системе управления. Количество и качество подаваемых системе управления команд, а также особенности программирования каждого станка, зависят как от профессионализма оператора, так и от возможностей конкретного станка, которые могут быть изначально ограничены его конструкцией.

Многие фрезерные станки, например, допускают программирование движения рабочего инструмента, но при этом вовсе не допускают движения рабочего стола. Другие станки допускают выполнение большего количества программируемых действий, поэтому и у оператора простор для управления оказывается шире. Иногда все что нужно от оператора — вовремя менять заготовки и следить за износом рабочего инструмента, а со всем остальным справится программа.

Устройство станков с ЧПУ

В конструкцию станка с ЧПУ входит несколько узлов, каждый из которых, будучи частью целого, имеет свое функциональное назначение. Могут присутствовать дополнительные узлы, вносящие в систему агрегата индивидуальные особенности. Допустим, токарный станок с ЧПУ имеет следующие основные узлы: основание, станина, шпиндельная бабка, задняя бабка, резцовая головка, приводы передач, датчик нарезания резьбы, панель управления.

Основание — это литая прямоугольная деталь, на которой установлена станина, и которая обеспечивает станку прочность и вибростойкость. Станина — главная деталь токарного станка, объединяющая все его узлы и механизмы. Она состоит из пары стенок, жестко соединенных поперечными элементами.

На станине есть направляющие, кроме того здесь закреплена коробка передач и задняя бабка. По направляющим могут перемещаться задняя бабка и суппорт с фартуком, в зависимости от вида рабочего инструмента. В шпиндельной бабке находится подшипниковый узел, благодаря данной конструкции заготовка фиксируется и вращается.

Резцовая головка автомат предполагает последовательную установку режущих инструментов в рабочее положение. Привод передач главного движения, поперечной и продольной передачи.

Электродвигатели предают вращение ротора, которое, благодаря шарико-винтовым парам, преобразуется в линейное перемещение узлов. Задняя бабка удерживает центр обрабатываемой заготовки. Датчик нарезания резьбы располагается на шпиндельной бабке. Панель управления предназначена для комфортной работы оператора и для контроля за процессом. Панелей управления может быть несколько.

Программирование нерегулируемых приводов шпинделей сводится к включению, выключению и переключению соответствующих контакторов. Для этого достаточно записать сигнал команд «включено» и «выключено».

Регулирование скорости главных шпинделей оказывается необходимым чаще всего для того, чтобы обеспечить обработку металла с оптимальной скоростью резания. В этом случае необходимо регулировать угловую скорость так, чтобы окружная скорость, с которой происходит резание, имела постоянное оптимальное значение.

Программирование управления приводами подач является значительно более важной и сложной задачей, так как оно обеспечивает выполнение главной функции станка — образование формы изделия.

Стандартная система координат станков с ЧПУ

Функциональная схема управления станком с ЧПУ

Схемная реализация алгоритмов УЧПУ класса NC (SNC)

Архитектура системы ЧПУ класса PCNC-1 фирмы Allen Bradley

Преимущества станков с ЧПУ

Главное и очевидное достоинство станка с ЧПУ, по сравнению с обычным станком, заключается в высочайшем уровне автоматизации производства, что позволяет минимизировать вмешательство человека в процесс изготовления детали.

Станок с ЧПУ по определению способен работать автономно и практически непрерывно, не уставая, круглосуточно, причем качество продукции не будет от этого падать. Если бы работу выполнял человек, он бы устал, потребовалось бы сменять токаря, вездесущий человеческий фактор, ошибки и т. д. Здесь этого нет. Оператор только подготавливает станок к работе, ставит и снимает детали, налаживает инструмент. Один человек способен обслуживать таким образом несколько станков.

Далее следует отметить высочайшую гибкость станков с ЧПУ. Для изготовления разных деталей от оператора требуется лишь изменить рабочую программу станка. Причем программа всегда готова к исполнению неограниченное число раз, при этом программу не нужно каждый раз редактировать.

Высокая точность и повторяемость зависят уже не от подготовленности оператора, а от качества применяемой программы. Это огромный плюс, по сравнению с обычными станками, позволяющий выпускать тысячи идентичных по форме и качеству деталей, причем без снижения этого качества.

Некоторые детали невозможно изготовить вручную на обычном станке в силу сложности или дороговизны, а на станке с ЧПУ — это только вопрос подбора соответствующей программы. В результате станки с ЧПУ предоставляют человеку возможность качественно и быстро получить деталь практически любой сложности и принципиально в любом количестве. Только есть одно условие — изготавливаемая деталь должна быть предварительно спроектирована при помощи компьютера.

Принцип работы станков с ЧПУ

Принцип работы ЧПУ

Прежде чем понять принцип работы ЧПУ систем, для начала стоит почитать техническое описание автоматизированных систем. Подробно о принципе ЧПУ внутри статьи.

Основы числового программного управления

Для более четкого понимания всех возможных проблем, связанных с успешным применением данных, для выполнения механической обработки или резания с применением станков с ЧПУ, вам необходимо иметь представление о процессе и принципах числового программного управления. Надеемся, что этот небольшой справочный материал поможет вам понять принцип работы станков с ЧПУ.

Для начала — несколько определений

ЧПУ — Числовое Программное Управление. Принцип ЧПУ заключается в получении оцифрованных данных, после чего компьютер или САМ-программа обеспечивает управление, автоматизацию и мониторинг движений элементов машины. В роли машины может выступать токарный или фрезерный станок, роутер, сварочный автомат, шлифовальный станок, установка лазерной или водоструйной резки, листоштамповочный автомат, робот либо оборудование других типов. На крупногабаритных промышленных станках в качестве встроенного устройства управления обычно выступает компьютер. Но на большинстве станков любительского уровня или некоторых модернизированных моделях устройством управления может являться отдельный персональный компьютер. Контроллер ЧПУ функционирует совместно с электродвигателями и Настольный ЧПУ станок бывает нескольких разновидностей, предназначенных для любителей/макетчиков/моделистов. Такие станки имеют меньшую массу и уровень прочности, точности обработки и скорости работы и, кроме того, они дешевле своих промышленных аналогов, но при этом могут хорошо справляться с механической обработкой различных предметов, изготовленных из мягких материалов (пластик, пенопласт, воск). Работа некоторых настольных станков с ЧПУ может во многом напоминать работу принтера. Другие же имеют собственную замкнутую систему управления или даже встроенную специализированную CAM-программу. Некоторые модели также могут принимать данные в виде стандартного g-кода. Существуют промышленные станки настольного типа, предназначенные для выполнения мелких работ, требующих особой точности обработки, оснащенные специализированными устройствами числового программного управления.

Читайте также  Степлер для мебели как выбрать?

CAM — автоматизированная механическая обработка или автоматизированное производство. Данный термин относится к применению различных пакетов ПО для управления траекторией движения режущего инструмента и генерации управляющей программы для работы станков с ЧПУ, основанных на использовании данных, получаемых путем компьютерного 3D-моделирования (CAD-файлы). В случаях когда два описанных понятия используются вместе, обычно применяется сокращение CAD/CAM.

Примечание: CAM-программа фактически не управляет станком с ЧПУ, а только создает программный код, которому следует станок.

Также это не автоматическая операция, которая импортирует 3D-модель и генерирует корректную управляющую программу. CAM-программирование, как и 3D-моделирование, требует наличия определенных знаний и опыта использования ПО такого типа, разработки технологий механической обработки, а также знаний о том, какие виды инструментов и технологических операций необходимо применять в той или иной ситуации для достижения наилучших результатов. Существует ряд несложных программ, позволяющих начинающим пользователям начать работать с ними без особых затруднений. Но есть и более сложные версии, которые требуют вложений времени и финансов для достижения максимальной эффективности их использования.

Управляющая программа — особый относительно простой машинный язык, который может понимать и исполнять станок с ЧПУ. Чтобы понимать принцип работы ЧПУ, очень важно понимать как подобная система управляется. Такие машинные языки изначально разрабатывались для непосредственного программирования обработки деталей путем ввода команд с клавиатуры станка без использования CAM-программ. Они указывают станку, какие движения он должен совершать, одно за другим, также осуществляют контроль выполнения станком других его функций, таких как скорость подачи, частота вращения шпинделя, подача СОЖ. Наиболее распространенным языком подобного рода является G-код или ISO-код — простой буквенно-цифровой язык программирования, разработанный в начале 1970-х годов для первых станков с ЧПУ. Подробнее о G-кодах в статье «Описание G»

Постпроцессор. В то время как g-код рассматривается в качестве стандартного машинного языка для станков с ЧПУ, любой производитель может изменять отдельные его части, такие как использование дополнительных функций, создавая ситуации, при которых g-код, разработанный для одного станка, может не работать для другого. Существует также множество производителей станков, разработавших собственные языки программирования. В связи с этим, для перевода данных траекторий движения инструмента, рассчитанных внутри CAM-программы, в особый код управляющей программы с тем, чтобы станок с ЧПУ мог понимать эти данные, существует связующее программное обеспечение, называемое постпроцессором. Постпроцессор, единожды сконфигурированный должным образом, генерирует соответствующий код для выбранного станка, который, по крайней мере теоретически, позволяет управлять любым станком с помощью любой CAM-программы. Принцип работы ЧПУ станков позволяет поставлять постпроцессоры вместе с CAM-программой бесплатно либо за отдельную плату.

Общие сведения о станках с ЧПУ

Станки с ЧПУ могут иметь несколько осей перемещения, а сами движения могут быть линейными либо поворотными. Многие станки совмещают в себе оба вида движения. Станки, предназначенные для резки, такие как установки лазерной или водоструйной резки, как правило, имеют всего две линейные оси — X и Y. Фрезерные станки обычно имеют как минимум три оси — X, Y и Z, а также могут иметь дополнительные поворотные оси. Фрезерный станок, имеющий пять осей перемещения — это станок с тремя линейными и двумя поворотными осями, позволяющий фрезе совершать технологические операции под углом 180º (в полусфере), а иногда и под большими углами. Также существуют установки лазерной резки, имеющие пять осей перемещения. Робот-манипулятор может иметь более пяти осей.

Некоторые ограничения для станков с ЧПУ

В зависимости от возраста и сложности конструкции, станки с ЧПУ могут иметь определенные ограничения в части функциональных возможностей систем управления и приводных систем. Большинство контроллеров ЧПУ понимают только движения строго по прямой линии или по кругу. Во многих станках перемещения по кругу ограничены главными плоскостями координатных осей XYZ. Перемещения по поворотной оси могут восприниматься контроллерами как линейные перемещения, только вместо расстояния будут использоваться градусы. Для создания перемещений по круговой дуге или линейных перемещений, проходящих под углом по отношению к главным координатным осям, две или более оси должны интерполироваться (их движения должны быть точно синхронизированы) между собой. Линейные и поворотные оси могут также одновременно интерполироваться. В случае использования станка, имеющего пять координатных осей, все пять осей должны быть идеально синхронизированы друг с другом, что является непростой задачей.

Скорость, с которой контроллер станка способен получать и обрабатывать входящие данные, передавать команды на драйверы, а также отслеживать скорость и положение рабочих органов, является критически важным показателем. Более старые и бюджетные модели станков, очевидно, обладают менее высокими показателями, что во многом схоже с тем, насколько менее производительными являются старые модели компьютеров в части выполнения требуемых операций по сравнению с их более современными аналогами.

Сначала интерпретируйте данные 3D-моделей и сплайнов

Наиболее часто возникающая проблема заключается в организации файлов и кода CAM-программы таким образом, чтобы станок, выполняющий обработку заготовок, работал с заложенными в него данными плавно и эффективно. Так как многие контроллеры ЧПУ понимают только формы дуги и прямой линии, любую другую геометрическую форму, которую невозможно описать в данном языке программирования, необходимо конвертировать в более применимую. Обычно конвертации подвергаются сплайны, то есть общие неоднородные рациональные B-сплайны, которые не являются дугами или линиями, а представляют собой трехмерные поверхности. Некоторые станки настольного типа также не способны воспринимать дуги окружности, поэтому все подобные фигуры необходимо конвертировать в полилинии.

Сплайны могут быть разбиты на ряд линейных сегментов, касательных дуг или их сочетание. Вы можете представить себе первый вариант в виде серии хорд на вашем сплайне, касающихся его концами и имеющих определенное отклонение в середине. Другим способом конвертации является преобразование вашего сплайна в полилинию. Чем меньше сегментов вы используете в процессе преобразования сплайна, тем грубее будет аппроксимация, а результат преобразования будет состоять из отрезков большего размера. Использование более мелкого масштаба сглаживает аппроксимацию, но при этом значительно увеличивается и количество сегментов. Представьте себе, что серия дуг могла бы сгладить ваш сплайн в пределах допустимых значений с использованием небольшого количества длинных отрезков. Данный факт является главной причиной того, что преобразование сплайнов в дуги предпочтительнее, нежели преобразование в полилинии, особенно в если вы работаете на станках старых моделей. С более современными моделями станков в этом плане возникает меньше проблем.

Представьте себе поверхности с тем же уровнем аппроксимации сплайнов, только многократно увеличенные и с разрывом между ними (обычно называемым перемещением инструмента между проходами). Обычно поверхности создаются с применением только линейных сегментов, но бывают ситуации, при которых могут также использоваться дуги или сочетания прямых линий и дуг.

Размер и количество сегментов определяются требуемым уровнем точности обработки, а также применяемым методом, и напрямую влияют на качество обработки. Слишком большое количество коротких сегментов может привести к сбою в работе станков старых моделей, а слишком малое — к появлению на заготовке слишком больших граней. CAM-программы обычно применяются в тех случаях, когда необходим подобный уровень аппроксимации. У опытных операторов станков, понимающих требования к детали и знающих, какие операции способен выполнить станок, обычно не возникает с этим проблем. Но некоторые CAM-программы не способны выполнить обработку тех или иных сплайнов или определенных типов поверхностей, поэтому вам может понадобиться предварительное конвертирование данных в CAD-программе (Rhino) перед использованием CAM-программы. Процесс перевода данных из CAD-программы в CAM-программу (посредством использования нейтрального файлового формата — IGES, DXF и т.д.) также может вызвать определенные проблемы, в зависимости от качества функций импорта/экспорта самих программ.

Общепринятые термины, используемые при описании станков с ЧПУ

Поняв принцип ЧПУ, следует убедиться, что вы имеете представление об основных терминах, часто использующихся в станкооборудовании. Следует понимать, что ваш проект может быть:

2-осевым, в случае если резание производится в одной плоскости. В данном случае инструмент не имеет возможности двигаться по плоскости оси Z (вертикальной). В целом координатные оси X и Y могут быть одновременно интерполированы между собой для формирования линий и дуг окружностей.

2,5-осевым, если резание производится в плоскостях, параллельных главной плоскости, но необязательно на той же высоте и глубине. При этом для изменения уровня инструмент может двигаться по плоскости оси Z (вертикальной), но не одновременно с перемещением по осям X и Y. Исключение могут составлять случаи, когда траектория движения инструмента может интерполироваться спирально, то есть описывать круг в плоскостях X и Y, одновременно двигаясь по оси Z для создания винтовой линии (например, при резьбофрезеровании).

Разновидностью вышеуказанного способа интерполяции является способ, при котором станок может интерполировать движение в двух любых плоскостях одновременно, но не в трех. Данный способ интерполяции позволяет проводить обработку ограниченного количества разновидностей трехмерных объектов, напрмиер, путем фрезерования в плоскостях XZ или YZ, но является более ограниченным по сравнению с трехосевой интерполяцией.

Читайте также  Как правильно выбрать паяльник?

3-осевым, если для необходимой технологической операции требуется одновременное управляемое перемещение режущего инструмента в трех координатных осях — X,Y,Z, что необходимо для обработки большинства поверхностей произвольной формы.

4-осевым, если он включает в себя перемещение по трем осям, указанным выше, плюс перемещение по одной поворотной оси. Тут есть два варианта: одновременная 4-осевая интерполяция (полноценная 4-я ось) либо только позиционирование по 4-й оси, при котором 4-я ось может менять положение заготовки, перемещая ее между тремя координатными осями, фактически не перемещаясь в процессе обработки. 5-осевым, если он включает в себя перемещение по трем осям, указанным выше, плюс перемещение по двум поворотным осям. Кроме полноценной обработки в 5 осях (5 осей перемещаются одновременно), в вашем распоряжении часто есть вариант обработки с применением 3-х осей плюс еще 2 дополнительные оси или 3-осевая механическая обработка + позиционирование с помощью 2-х независимых осей. Также в редких случаях есть вариант обработки с применением 4-х осей плюс одной дополнительной оси или непрерывная механическая обработка по 4 осям + позиционирование по 5-й оси. Звучит запутанно, не правда ли?

Принцип работы станка с чпу

Токарный станок с ЧПУ по металлу: назначение, принцип работы, виды

Его главные достоинства — точность, высокая производительность, возможность многооперационной механообработки за одну установку и скорость переналадки.

А применение системы ЧПУ с цифровым управлением электроприводами позволяет выполнять все действия по изготовлению изделия без участия станочника-оператора.

По существующей классификации он относится к металлорежущим установкам, но по факту станок по обработке металла — универсальный и может обрабатывать множество других материалов.

Токарный станок с ЧПУ

Назначение

Его применяют при изготовлении изделий с цилиндрическими, сферическими и коническими поверхностями, используя при этом обработку точением, а также операции с применением сверл, метчиков, зенкеров и разверток.

Точение является основным видом токарных работ и имеет следующие разновидности:

  • наружное обтачивание;
  • внутренняя расточка;
  • подрезка торцов;
  • прорезка канавок;
  • отрезка.

Многофункциональные токарные центры имеют дополнительный фрезерный шпиндель, который позволяет выполнять все виды фрезерных работ.

Основные группы изделий, изготавливаемые токаркой — это валы, втулки, плоские тела вращения, части корпусов, фланцы редукторов и эксцентрики.

Для крупносерийного изготовления простых деталей применяют прутковые автоматы или специализированные установки.

А основное назначение токарных станков с программным управлением — единичное и мелкосерийное производства изделий повышенной сложности.

Конструктивные особенности

  1. Станина. Это сварная или литая конструкция для размещения всех остальных механизмов. Она устанавливается на виброопоры или крепится анкерными болтами к бетонному полу цеха. На станине монтируется передняя бабка и горизонтальные направляющие.
  2. Передняя бабка. Внутри нее находится главный привод, коробка скоростей и шпиндель. Для зажима заготовки используется кулачковый патрон или планшайба, которые крепят на конец шпинделя.
  3. Задняя бабка. Расположена на продольных направляющих напротив передней бабки. Предназначена для фиксации второго конца заготовок или закрепления инструмента для работы с цилиндрическими и коническими отверстиями.
  4. Суппорт. Служит для позиционирования резца или поворотной инструментальной головки. В его состав входят каретка, поперечные салазки, верхние салазки, резцедержатель и механизм, обеспечивающий перемещение этих устройств.

Конструкция токарного станка с ЧПУ

Эти агрегаты дополняют устройства регулировки вращения главного привода и скорости перемещения режущего инструмента.

При ручном механическом управлении — это коробка скоростей и коробка подач, а также гитара — сменный набор шестерен для изменения скорости подачи или шага резьбы.

В современных установках вместо механических приводов применяют раздельные электроприводы с цифровым управлением.

Главное отличие механообработки с использованием ЧПУ от выполнения технологических операций в ручном режиме — это не только программное управление перемещениями и режимами резания, но и полная автоматизация всех вспомогательных операций.

Конструкция токарного станка с ЧПУ позволяет управлять и такими вспомогательными действиями, как:

  • зажим заготовки;
  • позиционирование револьверной головки;
  • включение и выключение системы охлаждения;
  • управление транспортером стружкоудаления;
  • блокировка и разблокировка защитного ограждения.

Принцип работы

Технология токарной обработки включает в себя основные и вспомогательные операции.

Первые — это сама металлообработка, а вторые — все, что связано с подготовкой и завершением цикла обработки заготовки.

В общем виде их последовательность выглядит так:

  1. Базирование заготовки. Выполняется ее загрузка, центровка, необходимые измерения и фиксация зажимными приспособлениями.
  2. Размещение оснастки. При необходимости устанавливается оснастка и приспособления, используемые в процессе работы.
  3. Выбор и фиксация резца. Согласно технологической карте отбирается соответствующий резец и устанавливается в резцедержатель или поворотную инструментальную головку.
  4. Запуск вращения шпинделя. Задается скорость вращения и включается главный привод.
  5. Позиционирование в исходную точку. Резец выводится в точку начала резания и устанавливается на заданном расстоянии от поверхности
  6. Включение подачи. Включается поперечное перемещения резца, которое по достижении заданной глубины точения переключается на продольное.
  7. Рабочий проход. Выполняется проход на заданной глубине со снятием металлической стружки.
  8. Отвод резца. По достижении конца обрабатываемой поверхности продольное перемещение переключается на поперечное, и резец отводится от поверхности.
  9. Новое позиционирование. Резец отводится в исходное положение (или позиционируется для нового прохода).
  10. Измерение. Замеряется геометрия обработанной поверхности.
  11. Снятие детали. Расфиксация детали и снятие ее вручную или с использованием грузоподъемных механизмов.

На основании параметров технологического процесса технолог рассчитывает нормы вспомогательного и основного времени.

С учетом этих данных определяются экономические показатели изготовления изделия.

Автоматизированная механообработка намного сокращает трудозатраты на единицу продукции и увеличивает коэффициент загрузки оборудования.

Токарные работы на станке с ЧПУ

При токарной обработке с ЧПУ станок выполняет почти все действия по заданной программе, а участие станочника-оператора требуется только при установке и снятии детали и проверке инструмента, а также замере готового изделия (иногда это делается автоматически).

Всё современное токарное оборудование с ЧПУ имеет в своем составе:

  • быстрозажимную оснастку для закрепления заготовки;
  • револьверные головки с программным позиционированием;
  • цифровые электроприводы главного привода и всех осей перемещения;
  • программно-управляемые вспомогательные устройства.

Виды токарных станков с ЧПУ

Токарное оборудование с ЧПУ классифицируются по тем же показателям, что и станки с ручным управлением:

  • ориентация направляющих;
  • класс точности (пять типов);
  • масса (четыре типа);
  • степень специализации (универсальные, специализированные и специальные).

Кроме того, существует технологическая классификация токарных станков с ЧПУ, основанная на компоновке узлов и агрегатов.

В этом случае выделяют пять основных групп:

  1. Горизонтальные токарно-револьверные. Самая распространенная группа оборудования с программным управлением. Выпускаются во множестве типоразмеров и модификаций.
  2. Токарно-лобовые станки с ЧПУ. Не имеют задней бабки, а размер планшайбы может достигать нескольких метров. Применяются при работе с крупноразмерными изделиями типа обечаек.
  3. Токарно-карусельные. Планшайба расположена горизонтально, а ее размер может достигать 10-12 метров. Установки с планшайбой более двух метров, как правило, имеют два вертикальных суппорта.
  4. Многошпиндельные. При работе с заготовками используется шпиндельный блок, состоящий из нескольких (обычно 4-6) одновременно вращающихся шпинделей, и такое же количество неподвижных суппортов с разными резцами. Поворотом блока каждая заготовка подводится к очередному суппорту и таким образом за один оборот на ней выполняется четыре-шесть различных видов резания.
  5. Токарно-фрезерные обрабатывающие центры. Многофункциональное оборудование, способное выполнять за одну установку детали весь спектр операций по механообработке.

Действия наладчика и оператора станка с ЧПУ

Этапы работы наладчика выглядят следующим образом:

  • подбор режущего инструмента согласно карте, проверка его целостности и заточки;
  • подбор по карте наладки заданных размеров;
  • установка режущего инструмента и зажимного патрона, проверка надежности крепления заготовки;
  • установка переключателя в положение «От станка»;
  • проверка рабочей системы на холостом ходу;
  • введение перфоленты, которое проводится после проверки лентопротяжного механизма;
  • проверка правильности заданной программы для пульта и станка ЧПУ и системы световой сигнализации;
  • крепление заготовки в патрон и установка переключателя в режим «По программе»;
  • обработка первой заготовки;
  • измерение готовой детали, внесение поправок на специальные переключатели-корректоры;
  • обработка детали в режиме « По программе» второй раз;
  • осуществление замеров;
  • перевод переключателя режима в положение «Автомат».

По окончании процесса наладки к работе приступает оператор станка ЧПУ.

Он должен выполнить такие действия:

  • менять масла;
  • чистить рабочую зону;
  • смазывать патроны;
  • проверять станок на пневматику и гидравлику;
  • проверять точные параметры оборудования.

Перед тем как приступить к работе, оператор станка ЧПУ должен проверить его на работоспособность посредством специальной тестовой программы, также ему следует убедиться в том, что подана смазочная жидкость и в том, что в гидросистеме и ограничивающих упорах присутствует масло.

Помимо этого, он должен проверить, насколько надежно крепление всех приборов и инструментов, а также то, насколько мебельная заготовка соответствует заданному технологическому процессу станка. Далее следует провести замеры на предмет возможных отклонений от точности настройки нуля на приборе и других параметров.

И только после этих манипуляций можно включать сам станок ЧПУ:

  • заготовку устанавливают и закрепляют;
  • потом вводится программа работы;
  • в считывающее устройство заправляется перфолента и магнитная лента;
  • нажимаем «Пуск»;
  • после того как первая деталь обработана, производятся ее замеры на предмет соответствия с заданной ранее моделью.

Сферы применения станков с ЧПУ

Приборы с ЧПУ имеют ряд функций:

  • фрезерование;
  • сверление;
  • гравировка;
  • распил;
  • лазерная резка.

Некоторые модели станков с ЧПУ имеют возможность совмещать одновременно разные виды обработки материалов, тогда их называют обрабатывающими центрами на основе ЧПУ.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: