все о ЧПУ станках, описание обработки и функции мастера

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

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

Что такое CNC: все о станках с ЧПУ

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

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

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

Целесообразность использования

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

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

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

Функции

Система ЧПУ способна выполнять следующие функции:

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

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

Особенности

Станки с ЧПУ обладают рядом привлекательных особенностей:

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

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

Классификация

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

По степени автоматизации устанавливаются такие типы:

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

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

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

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

Основные параметры

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

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

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

Принцип программирования

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

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

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

Конструктивные особенности

Функционирование системы ЧПУ обеспечивают следующие основные узлы:

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

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

Виды станков с ЧПУ

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

Фрезерные станки

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

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

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

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

Токарные

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

Наиболее популярные разновидности:

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

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

Многоцелевые

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

Многоцелевые станки различаются по типам:

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

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

Мастер ЧПУ что это за должность?

Мастер или оператор станков с ЧПУ – это человек, работающий на данном оборудовании и обеспечивающий его обслуживание. Помимо него, необходим наладчик ЧПУ, который вводит и корректирует УП. Эти специальности могут совмещаться – мастер-наладчик.

Операторы имеют такие должностные обязанности: обслуживание станка, контроль процесса, проверка и испытание готовых изделий, устранение небольших неполадок, подналадка узлов, подготовка рабочего инструмента. Действует он на основании должностной инструкции, которая утверждается самим предприятием. Мастер может обслуживать одновременно несколько станков. Наладчик ЧПУ осуществляет следующие работы: разработку УП, ввод ее в станок и отработка, наладка оборудования на конкретные процессы.

Обучение операторов и наладчиков обеспечивается в колледжах (техникумах) или на специальных курсах по специальности «Технология машиностроения». Для того чтобы стать профессионалом, работник должен получить такие знания: строение и особенности станков с ЧПУ, технология обработки, основы программирования ЧПУ, принципы работы с компьютеризированными системами, признаки неисправностей оборудования с ЧПУ, особенности различных инструментов и материалов. При работе оператор обязан строго соблюдать технику безопасности.

Станки с ЧПУ (CNC) все активнее внедряются в производство. Они способны обеспечить высокую точность обработки деталей на больших скоростях. В то же время следует учитывать экономическую целесообразность их использования. На российском рынке предлагается множество высококачественных моделей и надо выбирать оптимальный вариант для конкретных условий.

• 30 августа 2020
• 19269

Получите консультацию специалиста

Принцип работы ЧПУ станков — DARXTON

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.

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.

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?

DARXTON

Что такое станок с ЧПУ? Обзор станков с ЧПУ • Prototech Asia

Знаете ли вы, что к 2025 году мировой рынок станков с ЧПУ превысит 100,9 миллиардов?

Многие отрасли промышленности включили обработку с ЧПУ в свой производственный процесс. Это связано с тем, что использование станков с ЧПУ увеличивает производство. Это также позволяет использовать более широкий спектр приложений по сравнению с машинами с ручным управлением.

Но что такое станок с ЧПУ ? В этой статье объясняется все, что вам нужно знать о станках с ЧПУ.

Что такое станок с ЧПУ?

ЧПУ расшифровывается как «ЧПУ». Эти машины представляют собой производственный процесс, используемый для управления широким спектром сложных задач.

Обработка с ЧПУ используется во многих отраслях промышленности. Это наиболее распространено в производстве металлов и пластмасс.

По сути, обработка с ЧПУ — это производственный процесс. Компьютерное программное обеспечение предварительно запрограммировано, чтобы сообщить машине, как перемещать заводские инструменты и оборудование.

Станок с ЧПУ позволяет выполнять задачи трехмерной резки с помощью одного набора подсказок. Это означает, что требуется очень мало действий со стороны людей-операторов.

После того, как программа заложена в станок, станок с ЧПУ будет работать самостоятельно. Скорость и положение машин и задействованных инструментов управляются программным обеспечением. Станки с ЧПУ работают как роботы.

Станки с ЧПУ и станки с ЧПУ

NCM означает «машина с числовым программным управлением». При этом типе программирования программы вводятся через компьютерные перфокарты. При обработке с ЧПУ программы будут вводиться в компьютеры через небольшие клавиатуры.

Машина NCM может выполнять только текущие задачи, поставленные с помощью перфокарт. Станки с ЧПУ хранят свои программы внутри компьютера. Вместо того, чтобы просто вводить карту, программирование станков с ЧПУ выполняется с помощью программ.

С сохраненной компьютерной памятью и людьми-программистами вычислительная мощность больше. Программирование ЧПУ гораздо более обширно. Вы можете добавить более новые программы к уже существующим, изменив код.

Станки с открытым циклом против станков с замкнутым циклом

Большинство станков с ЧПУ имеют замкнутый цикл. Это связано с тем, что машина с замкнутым контуром снижает риск ошибки. Он также исправляет большинство неровностей.

Некоторые из них имеют разомкнутую петлю. Это означает, что элементы управления проходят по одной линии от элемента управления к двигателю. В машинах с открытым контуром односторонняя диктовка допускает возникновение неровностей.

Как работает программирование ЧПУ?

Обработка с ЧПУ в значительной степени зависит от программирования. Программист-человек должен вводить правильные коды и обеспечивать их правильную работу. Без кодов нет станков с ЧПУ.

Язык станков с ЧПУ также известен как G-Code. Большинство производственных машин имеют код, определяющий одну или две функции. G-код значительно сложнее этого.

G-Code будет управлять множеством различных режимов работы станков с ЧПУ. К ним относятся скорость, скорость подачи и координация.

После того, как G-код написан и введен в машину, потребность в людях-операторах практически отпадает. Код делает за них большую часть (если не всю) работы.

Этапы программирования станков с ЧПУ

Основной процесс программирования станков с ЧПУ прост. Изучение и понимание кода для разработки программ — самая сложная часть. Шаги по программированию станков с ЧПУ кратко описаны ниже.

Этап 1: Создается двух- или трехмерный компьютерный чертеж. Этот рисунок будет желаемого конечного продукта.

Шаг 2: Компьютерный рисунок преобразуется в компьютерный код. Процесс перевода выполняется таким образом, чтобы система ЧПУ могла считывать и выполнять нужные функции.

Шаг 3:  Оператор станка запустит пробный запуск нового кода. Это гарантирует отсутствие ошибок в кодировании.

Шаг 4:  Если программирование машины работает без ошибок, процесс выполнен. Если в G-коде есть какие-либо ошибки, оператор будет работать над их исправлением. Как только они будут исправлены, они повторно протестируют машину.

После того, как система ЧПУ активирована, нужные резы будут запрограммированы в программе. Он подскажет соответствующим инструментам и механизмам, что делать.

Как упоминалось выше, этот процесс делает станки с ЧПУ похожими на роботов. Машины будут выполнены в трехмерном виде, как указано.

Понимание ошибок при обработке с ЧПУ

Хотя обработка с ЧПУ удивительна, она не идеальна. Одной из самых больших проблем является компьютерное предположение о совершенстве.

Генератор кода, расположенный внутри числовой системы, часто предполагает, что механизмы безупречны. Он не регистрирует должным образом возможность ошибок.

Хотя вероятность ошибок существует всегда, в определенных ситуациях они становятся более вероятными. Ошибка в основном увеличивается, когда станок запрограммирован на резку более чем в одном направлении одновременно.

Применение станков с ЧПУ

Они разработали станки с ЧПУ на основе технологии, используемой для станков с числовым программным управлением. Самое раннее использование технологии числового программного управления восходит к 1940с.

В 1940-х годах двигатели использовались для управления движением инструментов. Эта технология породила механизмы, которыми можно было управлять с помощью аналоговых компьютеров.

Современный век породил цифровые компьютерные технологии. Это было применено к ранее существовавшим технологиям NCM для создания обработки с ЧПУ.

Расширенные возможности станков с ЧПУ упростили работу многих отраслей промышленности. Из-за больших возможностей обработка с ЧПУ теперь используется во всей обрабатывающей промышленности.

Станки с ЧПУ предназначены для работы с широким спектром материалов. Сюда входят металл, стекло, пластик, дерево, пенопласт и композиты. Мы применили их для производства всего, от одежды до аэрокосмических деталей.

Типы станков с ЧПУ

Существует несколько уникальных типов станков с ЧПУ. Основные функции одинаковы во всех этих машинах. Это то, что делает их системами числового программного управления.

Каждая машина работает по-разному. То, как работает станок с ЧПУ, будет зависеть от того, что от него ожидается. Ниже приведены примеры некоторых наиболее распространенных станков с ЧПУ.

Фрезерные станки с ЧПУ

Их можно запустить с помощью программ, созданных подсказками, которые используют как цифры, так и буквы. Программирование направляет различные части машины на разные расстояния.

Самые простые мельницы работают по трехосевой системе. Новые модели более сложные. Они могут работать с шестиосевой системой.

Токарные станки

Рейка режет детали по кругу. Этот процесс выполняется с помощью индексированных инструментов. Они выполняют все вырезы с невероятной точностью и высокой скоростью.

Токарные станки с ЧПУ используются для изготовления конструкций, слишком сложных для станков с ручным управлением. Хотя токарные станки создают сложные конструкции, сами по себе токарные станки обычно не являются сложными машинами. Наиболее распространена двухосная система.

Плазменные резаки

Чаще всего мы используем станки плазменной резки с ЧПУ для металлических материалов. При выполнении прецизионных разрезов в металле требуется высокая скорость и высокая температура. Чтобы достичь этого, газ сжатого воздуха сочетается с электрическими арками.

Проволочные электроэрозионные машины

Также известны как проволочные электроэрозионные станки. Эти машины используют электрические искры для придания изделию определенной формы.

Искровая эрозия используется для удаления частей материалов с естественной электронной проводимостью.

Электроэрозионные станки с грузилами

Также известны как электроэрозионные электроэрозионные станки с грузилами. Они работают как проволочные электроэрозионные станки. Разница заключается в том, как проводится электричество для удаления кусков.

В электроэрозионном грузиле рабочие материалы пропитываются диэлектрической жидкостью для проведения электричества. Таким образом, кусочки формируются в определенные формы.

Гидроабразивная резка

Эти машины используются для резки твердых материалов водой под высоким давлением. Мы часто используем станки с ЧПУ для гидроабразивной резки гранита и металла.

Иногда мы подмешиваем в воду песок или другой абразивный материал. Это позволяет увеличить мощность резки и формовки без дополнительного нагрева.

Сверлильные станки с ЧПУ

В них используются многогранные сверла для создания круглых отверстий в заготовке. Обычно мы подаем сверла перпендикулярно поверхности заготовки для создания вертикальных отверстий. Мы также можем запрограммировать процесс для создания угловых отверстий.

Часто задаваемые вопросы о станках с ЧПУ

Поначалу понимание станков с ЧПУ может показаться невозможным. Это сложный процесс. Продолжение исследований поможет каждому получить лучшее понимание.

Разбираясь в тонкостях станков с ЧПУ, у многих возникают одни и те же вопросы. Ниже мы собрали некоторые из наиболее часто задаваемых вопросов о станках с ЧПУ.

Есть ли альтернатива G-коду?

Да. Многие станки с ЧПУ можно запрограммировать с помощью специально разработанного программного обеспечения. Эта программа разрабатывается или редактируется отдельными компаниями, чтобы лучше соответствовать их процессам.

Сложно настроить станок с ЧПУ?

Это зависит от конкретной машины. Обученный оператор станка с ЧПУ должен иметь трудности с начальной настройкой станка от низкой до средней. Чем сложнее машина, тем сложнее ее настроить.

Что делать, если у компании нет собственного обрабатывающего оборудования с ЧПУ? Нужно ли это покупать, чтобы использовать обработку с ЧПУ?

Если у компании нет собственного обрабатывающего оборудования с ЧПУ, она может передать эту задачу специализированной компании. Большинство компаний предпочитают покупать и обслуживать собственное оборудование, но это не обязательно.

Станки с ЧПУ и 3D-принтеры — одно и то же?

Нет. Процессы могут показаться похожими, поскольку в обоих случаях для создания трехмерных продуктов используется компьютерный дизайн. Однако это очень разные процессы.

ЧПУ или 3D-печать лучше?

Это не просто да или нет. Это зависит от того, что создается. Это также зависит от того, насколько комфортно владельцы бизнеса и операторы машин относятся к обоим процессам.

Можете ли вы использовать свой собственный компьютер для программирования станков с ЧПУ и управления ими? Или нужно покупать специальный компьютер?

Технически вы могли бы использовать свой собственный компьютер, если бы у него были нужные возможности. Большинство машин продаются с коррелирующими компьютерами. Настоятельно рекомендуется использовать их вместо этого, но выбор остается за человеком.

Должен ли я быть программистом, чтобы программировать станки с ЧПУ?

Настоятельно рекомендуется ознакомиться с основами кодирования, прежде чем пытаться программировать станки с ЧПУ. Технически вам не нужно быть кодером. Однако, если вы можете работать с компьютерным кодировщиком, процесс будет значительно более эффективным и простым.

Создан ли G-код программами автоматизированного проектирования? Или это требует ручной работы после создания дизайна?

Это зависит от. Весьма вероятно, что G-код, созданный вашей программой автоматизированного проектирования, потребует некоторой тонкой настройки, прежде чем он станет полностью точным. Вот почему вам необходимо выполнить пробные запуски перед эксплуатацией вашей системы.

Что делать, если у меня есть станки с ЧПУ от разных компаний или для разных целей? Мне действительно нужно читать каждое руководство по эксплуатации или процесс одинаков для всех?

Вы всегда хотите прочитать инструкцию от начала до конца. Это для каждой машины, даже если это машина того же типа от другой компании. Каждый из них может отличаться в мелочах, которые имеют большое значение в общем процессе.

Можно ли использовать станки с ЧПУ без перерывов в течение длительного времени?

Это зависит от конкретной машины. Большинство станков с ЧПУ запрограммированы на работу в течение некоторого времени. Затем они отключаются, пока выполняется ручная операция, такая как перемещение частей.

Нужно ли мне вручную чистить станок с ЧПУ?

Да. Станки с ЧПУ не имеют технологий автоматической очистки. Их необходимо очистить в соответствии с инструкциями производителя.

Если я куплю станок с ЧПУ и у меня возникнут проблемы, кому мне позвонить?

Первое место, куда вы должны позвонить, если у вас возникли проблемы, это производитель вашего станка с ЧПУ. Номер должен быть либо в руководстве по эксплуатации, либо где-то на вашей машине. Если вы не можете найти номер телефона, вы можете найти его в Интернете.

Подробнее

Чтобы узнать больше о станках с ЧПУ, ознакомьтесь с этим ресурсом качества. Это также может ответить на ваш вопрос: «Что такое станок с ЧПУ?» Если после этого у вас остались вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам с любыми вопросами, которые могут у вас остаться.

Что такое обработка с ЧПУ? Принципы работы и доступные методы

Короче говоря, CNC-обработка — это метод изготовления металла, при котором письменный код управляет оборудованием в производственном процессе . Код определяет все: от движения режущей головки и детали до скорости вращения шпинделя, оборотов в минуту и ​​т. д.

Услуги по механической обработке с ЧПУ используют субтрактивный метод изготовления. Это означает, что материал удаляется во время производственного процесса, что делает его противоположным аддитивному производству, например. 3D печать.

Исходная информация

CNC расшифровывается как ЧПУ . Эволюция к текущему состоянию началась с ЧПУ, или только ЧПУ .

Первые станки с ЧПУ были построены в 40-х и 50-х годах. Эти машины основаны на существующих орудиях, но с некоторыми модификациями.

Двигатели перемещаются на основе информации, поступающей к ним через перфоленту. Код был вручную вбит в карты данных.

В 50-х годах были сделаны первые шаги к обработке на станках с ЧПУ. Сначала компьютеры Массачусетского технологического института были готовы производить перфоленту в соответствии с входными данными. В одном случае это сократило время, затрачиваемое на изготовление карты, с 8 часов до 15 минут для фрезерования.

История станков с числовым программным управлением – ЧПУ и ЧПУ

Такая экономия времени привела к увеличению объема НИОКР в полевых условиях. Вскоре стали доступны первые языки программирования для станков с ЧПУ. Со временем, в основном из-за снижения цен на компьютеры, CNC взяла на себя бразды правления у NC.

Как работают станки с ЧПУ?

Современные станки с ЧПУ полностью автоматизированы. Все, что им нужно, это цифровые файлы с инструкциями по траекториям резки и инструментам.

Процессы проектирования или механической обработки требуют множества инструментов для изготовления определенной детали. Машинисты могут создавать библиотеки цифровых инструментов, которые взаимодействуют с физической машиной. Такое оборудование может автоматически переключать инструменты на основе цифровых инструкций, что делает их производственными рабочими лошадками.

Процесс обработки с ЧПУ начинается с проектирования деталей в программе САПР. 3D-модель определяет необходимые размеры и свойства конечной детали.

Некоторые из этих программ поставляются в пакетах CAD-CAM, поэтому поток можно продолжить в тех же программах. В противном случае модели CAD загружаются в специальное программное обеспечение CAM. Если и CAD, и CAM относятся к одному и тому же семейству продуктов, перевод файлов не требуется. В противном случае файлы САПР необходимо импортировать.

Программное обеспечение CAM (автоматизированное производство) подготавливает модель для всего производственного процесса. Во-первых, он проверяет модель на наличие ошибок. Затем он создает программу ЧПУ для изготовления физической детали.

Программа, по сути, представляет собой набор координат, который направляет режущую головку в процессе производства.

Третий шаг — выбор правильных параметров. К ним относятся скорость резания, напряжение, число оборотов в минуту и ​​т. д. Конфигурация зависит от геометрии детали, а также от имеющегося оборудования и инструментов.

Наконец, программа определяет размещение. Вложение означает ориентацию и размещение деталей относительно исходного материала. Цель состоит в том, чтобы максимально использовать материал.

Вся эта информация затем переводится в коды, понятные оборудованию – М-код и G-код.

G-код против М-кода

Объяснение кодирования ЧПУ

Распространенным заблуждением является то, что G-код — это все, что вам нужно для выполнения операций обработки. Однако это неверно, так как код можно разделить на два упомянутых выше кода.

G-код относится к языку, который используется, чтобы сообщить машине, как двигаться. По сути, — это геометрический код 9.0008 . G-код определяет движение и скорость режущих головок.

Инструкции подаются на контроллер машины, который представляет собой обычный промышленный компьютер. Это, в свою очередь, определяет, как должны двигаться двигатели. А моторы, конечно же, определяют путь, по которому нужно следовать.

М-код, с другой стороны, дает всю информацию, которую пропускает G-код. Вот почему он называется либо машинным кодом , либо смешанным кодом .

Инструкции М-кода включают информацию об использовании охлаждающей жидкости, смене инструмента, остановке программы и т. д. 

То есть оба одинаково важны, но не одинаковы.

Что такое обработка с ЧПУ?

Итак, теперь мы знаем, как работают станки с ЧПУ. Но не все эти станки используются для обработки с ЧПУ.

Чуть позже мы подробнее рассмотрим все различные типы станков с ЧПУ. Но в традиционном смысле обработка с ЧПУ относится лишь к некоторым из этих автоматизированных процессов. А именно фрезерование, точение, шлифование, фрезерование, сверление и т. д. .

Фрезерование

Это операция, при которой режущий инструмент вращается. Когда фрезерный инструмент соприкасается с заготовкой, он снимает с нее стружку.

Фрезерные операции включают:

• Концевое фрезерование
• Фрезерование фасок
• Торцевое фрезерование
• Сверление, растачивание, нарезание резьбы и т. д.

Это очень универсальный метод изготовления с высокой точностью и допусками. Фрезерование подходит для различных материалов, а также выполняется очень быстро. Большим преимуществом является возможность изготовления широкого спектра сложных деталей.

К недостаткам можно отнести большое количество отходов, потребность в разнообразной оснастке и высокую стоимость оборудования.

Токарная обработка

Хотя эти две операции часто называют просто обработкой с ЧПУ, токарная и фрезерная обработка имеют явные различия. Точение во многом противоположно фрезерованию. Это означает, что вместо режущего инструмента вращается заготовка.

Токарные услуги с ЧПУ обычно используются, например, для изготовления валов. Инструмент подносится к вращающейся заготовке, чтобы срезать кусочки металла, известные как стружка или стружка. Достижение высокой точности для подходящего типа системы пределов и посадок возможно.

Точение можно использовать как снаружи, так и внутри цилиндра. Последняя операция называется расточкой.

Шлифование

Шлифовальные станки с ЧПУ используют вращающийся шлифовальный круг для удаления материала. Цель состоит в том, чтобы придать металлической детали высокоточную обработку.

Достижимое качество поверхности очень высокое. Поэтому он используется в качестве завершающей операции, а не создания конечной детали из сырья.

Маршрутизация

Фрезерные станки с ЧПУ внешне похожи на фрезерные станки с ЧПУ. Здесь также вращающаяся часть является режущей головкой. Основное отличие заключается в материалах, подходящих для резки.

Фрезы идеально подходят для резки более мягких материалов (не металлов), не требующих очень высокой точности. Причиной этого является его меньшая выходная мощность.

В то же время роутеры быстрее. Поэтому они могут производить детали за меньшее время.

Сверление

Хотя фрезерное оборудование также может производить отверстия, сверла предназначены только для этой работы.

Разница? В то время как фрезерные инструменты используют режущие кромки по периферии режущей головки, сверла используют кончик инструмента для создания отверстия.

Сверлильные станки с ЧПУ обычно используются для автоматизации этой работы, обеспечения большей точности и более экономичного решения.

Типы станков с ЧПУ

Как было сказано ранее, станки с ЧПУ не ограничиваются традиционным обрабатывающим оборудованием с ЧПУ.

ЧПУ широко используется для автоматизации различных методов производства. К ним относятся:

• Лазерные резаки
• Плазменные резаки
• Гидроабразивная резка
• Пламенные резаки
• Листогибочный пресс
• Фрезерные станки
• Токарные станки
• Маршрутизаторы
• Электроэрозионные машины и т. д.

Все эти операции значительно выигрывают от фактора автоматизации. Это уменьшает человеческий фактор в конечном качестве, повышает воспроизводимость процессов и точность.

Приведенное выше описание работы станков с ЧПУ применимо ко всем этим методам. Например, при обращении в службу лазерной резки применяется та же логика — траектория резки создается автоматически.

Однако этот процесс, как и многие другие, не требует дополнительной информации, такой как смена инструментов. Потому что одна и та же режущая головка подходит для всего процесса.

Что можно сделать с помощью станков с ЧПУ?

Казалось бы, обработка на станках с ЧПУ не имеет ограничений. Он подходит для широкого спектра материалов, включая различные типы металлов, пластиков, пенопласта, композитов и дерева.

3-осевые фрезерные станки способны производить большинство основных геометрических форм. Для более сложных деталей доступны многоосевые фрезерные центры.

Возможности обработки с ЧПУ

Например, может выручить 5-осевой фрезерный центр с ЧПУ. В то время как более распространенный 3-осевой станок имеет 3 линейные оси движения, 5-осевые станки также могут вращать режущую головку и станину.

Это значительно повышает гибкость, но также увеличивает стоимость. Несмотря на то, что ЧПУ намного быстрее, ручная обработка по-прежнему занимает свое место в отрасли. Особенно для быстрого прототипирования небольших объемов.