Что такое станок с ЧПУ: устройство и принцип работы

Развитие технологий стало причиной того, что компьютеры и другие передовые технические средства все активнее используются в повседневной жизни людей, а также в промышленности. Например, на современных промышленных предприятиях все чаще можно встретить фрезерный станок с ЧПУ, который управляется не руками оператора, а при помощи специальных компьютерных программ и соответствующих электронных устройств.

Фрезерный станок с числовым программным управлением

Благодаря такой системе управления значительно облегчается эксплуатация станка, а из процесса изготовления деталей исключается человеческий фактор, который может оказывать негативное влияние на их качество и точность обработки.

Числовое программное управление – о чем речь

В условиях высокой конкуренции производители обязаны поставлять на рынок высококачественные изделия большими объемами. Сделать их вручную, когда человеческий фактор влияет на скорость и производительность труда, на возможность ошибки и неровностей, а в ряде случаев не позволяет осуществить задуманное, сложно. Но с применением компьютерных технологий процесс происходит намного продуктивнее. В частности, увеличиваются показатели темпа производства, а также повышенной точности. Классическое оборудование в цехах управляется человеком. Он отвечает за направление движений основных частей машины. Но станки с ЧПУ оснащены компьютеризированной системой, которая сама регулирует все передвижения, а также позволяет производить мельчайшие корректировки. Управляющая команда дает числовые коды всем элементам. Программирование происходит на ПО, с ним работают инженеры, дизайнеры мебели, проектировщики. Один язык обеспечивает точную передачу требований. Так как задача остается в памяти, то можно в любой момент выбирать один из командных наборов, чтобы переходить с производства одной детали на другую. Дадим расшифровку термина: станки с ЧПУ – это «умное» заводское оборудование с числовым программным управлением. Они постепенно вытесняют классические агрегаты на больших производственных цехах, но из-за своей дороговизны и трудностей в обращении (необходимы знания и основы программирования, проектирования в софте типа «Автокад») они не распространены в частном использовании.

Разновидности

Разновидностей токарных станков хватает для выполнения самых разнообразных работ. Всего их бывает пять штук:

• горизонтально токарно-револьверные;
• токорно-лобовые;
• токарно-карусельные;
• многошпиндельные;
• токарно-фрезерные.

Сейчас будет рассказано о всех по отдельности.

Горизонтально токарно-револьверные

Предназначены в основном для серийного производства деталей. При помощи патрона устанавливаются детали, которые и будут обрабатывать заготовку до того, как она станет деталью.

Токорно-лобовые

Этот станок используется для обработки деталей, диаметр которых превышает размер заготовки. В основном это железнодорожные колёса, маховики и прочие. Также он может удалять торцы, делать детали цилиндрической формы, протачивать канавки и так далее.

Токарно-карусельные

Такие станки предназначены для заготовок, которые весят по несколько тонн. Также заготовки для такого станка имеют диаметр больше их высоты. Благодаря патрону и установленным на него режущим частям есть возможность нанести резьбу на заготовку или сверлить отверстия.

Многошпиндельные

Как ясно из названия — в конструкции этого станка находятся несколько шпинделей, которые обеспечивают обработку заготовки до состояния детали в нескольких местах либо одновременно, либо посменно через каждый определённый промежуток времени.

Токарно-фрезерные

Токарно-фрезерные станки с установленным ЧПУ — универсальны. Они могут выполнять самые разнообразные работы с изделиями. Всё будет зависеть от того, какая программа была установлена в компьютер числового программного управления и от того, какие инструменты были установлены на патроны.

Данный станок может выполнять любые функции узконаправленной аппаратуры, будь то токарное, сверлильное, фрезерное. Он справится с любым типом работ.

Принцип работы и краткое описание системы

Это линейная последовательность, которая состоит из следующих промежуточных действий:

• человек задает основные параметры, проектирует изготавливаемую модель в графическом редакторе, отвечает за правильность чертежа и характеристик изделия;
• компьютерная программа обрабатывает графику и текстовые данные, расчеты, систематизирует их, переводит в читаемый станками формат;
• система управления сохраняет математические формулы и числовые значения, вырабатывает последовательность действий и подает команды всем элементам оборудования;
• рабочие инструменты производят механические колебания по заданному алгоритму, гарантируя точность и скорость движений.

В результате получается выполненная цель, над достижением которой работал искусственный разум вместе с человеком. За аппаратурой постоянно смотрит операционист, он может внести коррективы в деятельность машины, приостановить ее, увидеть и исправить неполадки, а также переоснастить ее под новые задачи. В основном программой задаются следующие параметры:

• мощность двигателя;
• скорость произведения функции;
• моменты ускорения и замедления для получения нужных качеств заготовки (очень характерно для манипуляций с металлом);
• вращение цилиндрических и круглых элементов;
• направление движения, особенно важно в случаях художественной резки – каждый изгиб определяется точной математической формулой.

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.

Конструкция и устройство станка ЧПУ

Классические элементы агрегата (они могут незначительно изменяться в зависимости от специфики производственного процесса):

• станина, то есть крепкое основание в виде стола или вертикальной установки для распиловки;
• коробка подач – она отвечает за все вращения, прямолинейное движение и изгибы, сколько возможностей есть у всего аппарата, генерирует скорость и направление;
• передняя и задняя бабки, одна из которых управляется шпинделем, то есть, меняет свое расположение (может устанавливаться как механически, так и машинизированно);
• суппорты – отвечают за крепление и смену инструментов, они принимают команды передвижения от коробки подач, прочность обрабатываемого элемента;
• стержневые механизмы – инструменты, выполняющие сами действия, то есть различные сверла, ножи, развертки.

В одной из бабок находится система с переключением скоростей, это позволит вращать заготовку с нужным ускорением. Вторая необходима только для прочной фиксации и связана с инструментарием. Принцип работы станков с ЧПУ – автоматизированное управление всей этой конструкцией. Команды подаются прямо на коробку подач, откуда уже происходят механические силы, оказывающие воздействие на все остальные детали.

Принцип работы станка ЧПУ по металлу

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

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

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

Характеристика

Особенность работы на таком оборудовании состоит в том, что все действия производятся с точностью и минимальным влиянием человека. Это обусловлено факторами:

• В основном ЧПУ располагают вертикально, потому что так оно занимает меньше места, стружка (металлическая, деревянная, пластмассовая) легче удаляется с рабочей поверхности, меньше риск засорения, а также проще под углом проводить манипуляции над габаритными изделиями, которые сложно погружать на горизонтальную столешницу.
• Несущие конструктивные части создаются из очень крепких веществ, металлических сплавов, которые дополнительно укрепляются ребрами жесткости. Такая необходимость выходит из-за возможности длительной непрерывной эксплуатации с тяжеловесными заготовками.
• Токарный вид станка с ЧПУ обычно оснащается автоматическим сменным магазином с резцами и наконечниками, которые меняются сами по ходу износа или в момент смены нужного инструмента.

Особенности работы с оборудованием

Мини-станки с ЧПУ по металлу и большие машины требуют настройки оператора. В обязанности человека, занимающего эту должность, входит:

• закрепление заготовок на рабочем столе;
• выбор и фиксация фрезы в патроне;
• настройка и запуск программы;
• контроль работы механизмов и выполнения программы.

Перед началом рвботы оператор должен настроить оборудование и проверить насколько надёжно закреплена заготовка на рабочей поверхности. Перед каждым запуском станка необходимо проверять натяжение ремней.

Основы числового программного управления

Рассмотрим классификацию с тремя подсистемами:

• Управление – это центр, именно отсюда отдаются команды, реализуется расшифровка языка программирования, здесь происходит контакт оператора и установки. Процессор находится внутри стойки, а снаружи – экран и кнопки. С помощью пользовательского интерфейса возможна наладка. Есть закрытые системы и открытые, первые имеют узкий набор функций, в них нельзя внести коррективы, зачастую только специальные программы могут обеспечить новый тип работы. Вторые легче управляются, тестируются на совместимость с командами и компьютерным программным обеспечением.
• Приводы – здесь сосредоточена механика и электроника, которая приводит в действие все остальные детали. Двигатель дает энергию ходовым винтам, которые запускают процессы вращения заготовки, движение резцов и пр. Если быть точными, то в приборе присутствует сразу несколько электродвигателей, каждый из готовых отвечает за один узел.
• Обратная связь. Это ряд датчиков, которые собирают информацию о положении, скорости движения составляющих частей и передают эти сведения в виде математических формул в управляющий блок для обработки целостного цикла, корректировок.

Особенности станков с числовым программным управлением

Первая уникальная характеристика – это большое значение компьютерного проектирование. На этом уровне реализуется основная деятельность инженера, затем он может только проверять правильность выполнения команд и передать всю последующую работу наладчикам и операционистам. Оцифровка графической модели в язык программирования, поддерживаемый системой ЧПУ, происходит автоматически. Два основных действия специалистов – это наладка (переналадка) оснащения и присмотр за деятельностью станка.

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

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

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

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

Сферы применения

Фактически можно сделать большинство операций, которые подвластны классическим агрегатам с ручным управлением. Можно производить обработку:

• дерева, деревянного массива или брусков, фанеры, ДСП и прочих разновидностей спрессованных стружек;
• металлических конструкций – от мельчайших подшипников до крупногабаритных листов и массивных автомобильных запчастей;
• камней (гранит, мрамор) и других пород, образованных естественным путем;
• пластмасса и прочих синтетических материалов различной жесткости.

Для каждого представленного типа изделий необходимо производить переоснастку. Основные отличия – то, как будет закрепляться заготовка, и то, какими резцами и инструментами будет оснащен механизм. Программа дает множество команд, в числе которых:

• резка, распиловка, срезание верхнего слоя или торцевой стороны;
• фрезерование (вращающийся элемент цилиндрической формы подвергается полностью симметричной обработке);
• изготовление отверстий и полостей;
• гравировка;
• резьба и многое другое.

Так как станок с ЧПУ работает по различным материалам, то и применяют его в разных промышленных зонах – от лесопилки до ювелирного дела и машиностроения.

Преимущества

Достоинств множество, среди них:

• высокая скорость;
• повышенная производительность;
• длительный износ деталей;
• отсутствие риска воздействия человеческого фактора;
• уменьшенные вибрации и шум при производстве;
• возможность выпилки изделий нелинейной конфигурации;
• способность переоснастки и деятельности с различными материалами;
• упрощенная задача сотрудников.

При большом количестве заказов, потребности в постоянной многочасовой работе, а также при внедрении дизайнерских решений покупка станка с ЧПУ – экономически выгодна. Но для мелкосерийного производства часто затраты превышают прибыль.

Некоторые ограничения

Если операции происходят на старом оборудовании, то в их код не заложены многие возможности, например, движение может быть только поступательное или вращательное, но не фигурное. Это обусловлено ограниченностью координатных осей. Чем старше и бюджетнее модель, тем меньше у нее скорость обработки информации, подачи команд, а вместе с тем и полного завершения цикла. Лучше приобретать современные агрегаты, если вы не хотите скудного функционала. Также обр с ними смогут не все инженеры, а только специально обученные люди.

Общепринятые термины, используемые при описании станков с ЧПУ

В станкооборудовании есть слова, обозначающие узкие понятия. Разберемся с ними:

• двухосевой проект – движение может происходить только в двух плоскостях, не затрагивая вертикаль;
• 2,5-осевой – ось Z (вверх – вниз) присутствует, перемещение по ней возможно, но не одновременно с двумя другими;
• 3-осевой – все измерения в одно время;
• 4-осевой – к вышеперечисленным прибавляется возможность поворота.

В статье мы рассказали, что такое станки с ЧПУ, как расшифровывается аббревиатура. Будьте аккуратны при работе с этой техникой. Предлагаем ознакомиться с нашим ассортиментом ленточнопильных изделий. уже 15 лет на российском рынке. За это время мы охватили практически все города страны.

Обзор станков

Прежде чем решить вопрос, какой фрезерный станок выбрать для оснащения домашней мастерской или производственного предприятия, важно ознакомится с характеристиками оборудования, которое предлагается на современном рынке. На сегодняшний день наиболее востребованным являются фрезерные станки, производимые в следующих странах:

• Германия;
• Италия;
• Австрия;
• Китай;
• Северная Корея;
• Малайзия;
• США;
• Тайвань;
• Чехия;
• Турция.

Пятикоординатный фрезерный станок

Наиболее известными компаниями, которые производят и реализуют фрезерные станки с ЧПУ, являются:

• GCC Jaguar;
• Redwood;
• RuStan;
• JCC;
• Hyundai Wia;
• Kami;
• Zenitech.

Одними из самых быстрых станков, которые также отличаются широким разнообразием настроек и дополнительных функций, являются модели торговой марки GCC Jaguar.

Широким разнообразием ассортимента станков для обработки деталей из металла и других материалов отличается компания JCC. В каталоге данного производителя представлены станки с ЧПУ следующего назначения:

1. универсального типа, предназначенное для выполнения гравировальных и фрезерных работ;
2. для обработки изделий из древесины и металла;
3. прошивные станки электроэрозийного типа;
4. оборудование фрезерно-токарной группы.

Передовые программные продукты, с помощью которых управляются станки данной торговой марки, позволяют задействовать весь их потенциал.

Вертикально-фрезерный с ЧПУ МА655

Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, торговой марки RuStan — это, преимущественно, оборудование широкоуниверсального типа, с помощью которого можно выполнять широкий перечень технологических операций. Отличает модели данной торговой марки и то, что при их приобретении можно воспользоваться разнообразными скидочными программами, а также возможностью гарантийного и постгарантийного обслуживания.

По-настоящему уникальными являются фрезерные станки с ЧПУ, выпускаемые под торговой маркой Redwood. Они способны выполнять обработку деталей в формате 2d и 3d. Реализация технологии 3d предполагает, что по заданной программе из заготовки получают объемную деталь, полностью соответствующую заданным геометрическим параметрам.

Главным принципом работы специалистов, занимающихся выпуском фрезерного оборудования торговой марки Kami, является производство высококачественной продукции. При помощи станков данной торговой марки можно обрабатывать не только металл, но и детали из камня, древесины, пластика и даже стекла.

Компания Hyundai Wia специализируется на выпуске станков с ЧПУ, на которых производится продукция для аэрокосмической и автомобильной промышленности. Программы, которые используются для их управления, предполагают минимальное вмешательство со стороны человека и значительно упрощают использование подобного оборудования.

Фрезерный станок от немецкого производителя Zenitech

В каталоге известного производителя Zenitech преобладает профессиональное фрезерное оборудование с ЧПУ, предназначенное для обработки деталей из металла и древесины.

На современном рынке широко представлено фрезерное оборудование с ЧПУ торговой марки Инвест Адам. Основными преимуществами моделей, которые отличаются своей компактностью и универсальностью, являются:

• высокая точность обработки;
• эффективность и производительность;
• управляющие программы могут воспроизводиться неоднократно;
• конструкция отличается высокой надежностью;
• связь с компьютером, который управляет работой оборудования, осуществляется через обычный USB-порт.

Для оснащения домашней мастерской и крупного производственного предприятия можно использовать фрезерный станок с ЧПУ, выпущенный немецкой компанией BZT. Отличает станки данной торговой марки высокая устойчивость, надежность фиксации заготовок, точность и оперативность обработки. Удобным является и то, что станки данной торговой марки могут работать практически на любом программном обеспечении.

На стоимость фрезерного станка с ЧПУ оказывают влияние следующие параметры:

• сложность конструкции оборудования и его тип;
• тип производства, для которого предназначено оборудование;
• страна производитель и торговая марка;
• функциональность станка.

Наиболее простой конструкцией обладают настольные станки с ЧПУ, которые и стоят значительно дешевле более функционального оборудования. Чтобы сэкономить на приобретении фрезерного станка, выбирайте оборудование отечественных производителей. В среднем, стоимость настольного фрезерного оборудования с ЧПУ составляет порядка 4000 долларов США. Варьироваться такая цена может от ряда факторов: габариты станка и рабочего стола, мощность двигателя, вес оборудования и его функциональность.

Стоимость оборудования вертикально-фрезерной группы с ЧПУ варьируется в пределах от 7000 до 25000 долларов США. Цена конкретной модели оборудования зависит от ее мощности, количества оборотов шпинделя и точности обработки.

Отечественный станок ГФ2171

Широкоформатные фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, являются самыми дорогими в своей категории, так как они позволяют выполнять широкий спектр технологических операций. Высокая стоимость такого оборудования окупается тем, что его можно эксплуатировать в достаточно интенсивном режиме. Перечень операций, которые можно выполнять при помощи оборудования данной категории, впечатляет:

1. раскройка заготовок;
2. фрезерование поверхностей различного типа;
3. полировальные операции;
4. сверление;
5. расточные операции.