Что такое станок с ЧПУ: устройство и принцип работы

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.

Какие бывают системы программного управления станками ЧПУ?

Устройства с ЧПУ отличаются между собой системой программного управления. Производятся устройства с двумя видами управления — позиционным и контурным.

Позиционное управление отличается от второго тем, что движение рабочих элементов осуществляется в заданной точке, при этом направление движения не задается. В итоге система устройства с ЧПУ автоматически будет искать короткий путь между точками.

Для устройств с ЧПУ контурного управления рабочие элементы перемещаются по определенной траектории и с определенной скоростью. Так, достигаются нужные характеристики обрабатываемого контура.

Какая из этих систем лучше, сказать нельзя. Ведь чтобы обработать сложную фасонную поверхность, нужно использовать контурную систему с ЧПУ, а чтобы просверлить или развернуть ее, идеально подойдет изделие с позиционным управлением.

Также существует адаптивное программное управление. Оно позволяет в автоматическом режиме приспособить изделие к меняющимся условиям технологической обрабатывающей системы.

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.

Система ЧПУ MULTICUT

Компания MULTICUT — один из ведущих российских производителей станков и координатных обрабатывающих центров с ЧПУ. В 2022 году мы начали серийное производство оборудования с ЧПУ собственной разработки. Управляющая система MULTICUT прошла многоэтапное тестирование у нас и опробована специалистами сторонних компаний. В настоящее время она успешно эксплуатируется на действующих производствах.

В перечень ее базовых возможностей входят:

• управление пятью координатными осями;
• оптическое определение меток на заготовке для точной контурной обрезки;
• поддержка работы двух- и трехшпиндельных станков с последовательной обработкой различными фрезами или работающих в режиме копира;
• управление осью вращения инструмента при одновременной обработке по X, Y и Z;
• работа на станках с автоматической сменой режущего инструмента.

Система способна управлять периферийным оборудованием и дополнительными функциями станка, такими как:

• освещение рабочей зоны;
• насос вакуумного стола;
• аспирация и переключение воздушных каналов при смене рабочего шпинделя;
• упоры позиционирования заготовки;
• подача СОЖ;
• прочие настраиваемые функции согласно конфигурации оборудования.

По отзывам пользователей, MULTICUT является одной из лучших систем ЧПУ в России и достойно конкурирует с зарубежными аналогами.

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.

Классификация современных систем управления ЧПУ для станков

Международная классификация предусматривает следующие классификацию станков ЧПУ:

• NC (Numerical Control). Особенности этой системы заключаются в применении в качестве программного носителя перфоленты или магнитной ленты, из-за чего невозможно внести изменения в программу, так как все алгоритмы работы внедрены аппаратно.
• SNC (Stored Numerical Control). Эта система сохраняет функции класса NC, но отличается большим размером памяти, что позволяет сохранить программу в электронном аппарате.
• CNC (Computer Numeral Control). Основа этого класса Микро-ЭВМ, которая запрограммирована на выполнение работы ЧПУ. Ее особенность состоит в возможности изменения и корректирования в момент работы как УП обработки детали, так и программ работы самой системы для максимального учета особенностей определенного станка.
• DNC (Direct Numeral Control). Управляет устройствами в составе ГПС, автоматизированными частями. Системы этого класса управляются от ЭВМ верхнего уровня.
• HNC (Handled Numerical Control). Оперативная система, которая позволяет ввести УП на рабочем месте с пульта.
• PCNC (Personal Computer Numerical Control). Это симбиоз ПК и УЧПУ, обладающий большими возможностями и имеющий открытую архитектуру.

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.

Преимущества систем с ЧПУ

Системы ЧПУ являются техникой полного цикла. Она исключительно надежная, обладает обширным функционалом, поддается гибкой настройке, рассчитана на длительную интенсивную эксплуатацию. Производственные затраты и процент брака минимизируются.

С помощью таких устройств удается выполнять чрезвычайно точную и сложную обработку, которая ранее была не под силу ни предыдущим поколениям станков, ни мастерам ручного труда. Производительность ЧПУ-станка в 5 раз выше, чем аналога без ЧПУ. Наладить и запустить нужную схему сможет даже оператор без профильного образования токаря или фрезеровщика.

• 24 августа 2020
• 2665

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.

Сколько можно заработать оператором ЧПУ

Доход оператора зависит от опыта и разряда специалиста. Специалистам без опыта сразу присваивается второй разряд (базовый). После пятого разряда у специалиста остаётся карьерный рост до начальников участков и мастеров смены.

Если посмотреть вакансии, то можно посчитать среднюю зарплату специалистов в Москве — это 50 000 рублей в месяц. При этом минимальная предложенная зарплата по вакансиям составляет 45 000 рублей, а максимальная 65 000 рублей.

Согласно же статистике операторы ЧПУ в Москве получат от 30 000 рублей, максимальная заработная плата может превышать 70 000 рублей в месяц. Для узких специалистов, которые работают со станками определённой марки зарплата выше (от 70 000 до 100 000 рублей).

1. 
   Чаще всего требуются операторы с четвёртым разрядом.

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.

Основные обязанности

Оператор ЧПУ — что это за профессия? Рассмотрим подробно специфику работы.

В обязанности оператора входит контроль за производственным процессом:

• измерение получаемых деталей согласно чертежам;
• манипуляции с механизмами подачи заготовок и выгрузки;
• ведение документации готовой продукции и брака;
• выявление сбоев оборудования и вызов технических служб для их устранения;
• участие в написании управляющих программ (для более опытных сотрудников);
• выполнение других задач руководства, связанных с производственным процессом.

Основные обязанности одинаковы для всех типов производств. Но имеются отличия по отраслям. Например, на металлообработке и деревообработке будут немного отличаться обязанности оператора ЧПУ. Что это за профессия? Опишем общие процессы обработки заготовок:

1. Подготовка управляющей программы.
2. Подбор инструмента.
3. Геометрическая привязка инструмента непосредственно в рабочей зоне.
4. Замер параметров готовой детали.

В процессе обработки специалист следит за нормальным ходом фрезы и при необходимости останавливает процесс, чтобы очистить поверхность от застрявшей стружки или для замены изношенного инструмента. Не исключены и ошибки программирования, которые и должен заметить вовремя оператор станка.

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.

Конструкция

В отличие от более старых аналогов современные станки, имеющие числовое программное управление, обладают более высоким показателем жесткости, и позволяют выполнить сложную обработку детали за более короткий период. Эти преимущества обусловлены конструкционными особенностями:

• отсутствием зазоров между придаточными элементами;
• высоким уровнем прочности несущих элементов, узлов агрегата и других комплектующих;
• минимальной длиной кинетических цепей и количеством механических передач;
• наличием сигнализаторов обратной связи;
• повышенной устойчивостью к вибрационным нагрузкам, возникающим при обработке деталей;
• наличием специальных систем, созданных для снижения иска тепловых деформаций.

Токарная обработка на станках обеспечивается благодаря направляющим. Этим комплектующие подвержены износу, но устойчивы к трению. Элементы конструкции взаимосвязаны между собой, и работают в одном режиме. Это условие связано с высокой точностью изделий.

Базовая конструкция токарного станка состоит из:

• станины;
• шпиндельной или передней бабки;
• суппорта;
• коробки подач;
• электрической части;
• револьверных головок.

Станина – основа оборудования, на которой размещаются остальные компоненты станочного прибора. Передняя бабка состоит из двух основных элементов агрегата: коробки скоростей и шпинделя. Суппорт включает нижнюю и верхнюю каретку – элементы, фиксирующие рабочий механизм. Суппорт получает движение через коробку подач. Устройство работает при помощи электромотора. Этот компонент аналогичен для различных моделей токарных станков, и может отличаться только мощностью. При помощи револьверных головок выполняется автоматическая замена инструмента.

При работе с габаритными заготовками могут использоваться станки, в конструкцию которых входят специальные тумбы. Они используются для фиксации детали на нужной высоте.

В продаже также имеются токарные центры, добавляющие токарному станку функции фрезеровочного аппарата.