animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Фрезерный Станок С Числовым Программным Управлением

Фрезерный Станок С Числовым Программным Управлением

Фрезерный станок с числовым программным управлением - это высокотехнологичное оборудование фрезерного типа, в компоновке которого присутствует автоматическое управление исполнительными приводами. Ключевой принцип работы станка с ЧПУ заключается в управлении через приводы рабочими элементами станка по определенной программе.

ЧПУ станок обеспечивает высокую производительность при высоком качестве выполняемых работ. Фрезерные станки с ЧПУ не нуждаются в привлечении специалистов высокого класса, необходимо лишь обучить сотрудников приемам управления программой.

Многие отмечают бесспорным Преимущества фрезерных станков с чпу перед обычными станками в профессиональной деятельности технолога машиностроителя. Применение электроники в качестве действенного способа управления производственными установками позволило большей частью повысить качество изготавливаемой продукции, в значительной степени снизить расходы при массовом производстве, а также ощутить значительный прирост эффективность труда. Поэтому особенностью нынешнего пути развития машиностроения является актуальность и распространение фрезерных станков с числовым программным управлением.

Изучение современных систем ЧПУ является необходимым процессом в усовершенствовании контролируемости процесса производства на станках с числовым программным управлением. Каждый специалист в отрасли машиностроения обязан понимать, что дает производству применение таких высокотехнологических установок. Технологу необходимо владеть сведениями о принципах организации, программирования и проведения технологических операций на фрезерных станках с числовым программным управлением, что в конечном итоге отражается на принадлежности выпускаемой продукции и налаженности всей работы.

Перспективы развития станков с чпу

В наше время применение человека как ключевого элемента системы управления станком все больше препятствует повышению производительности. Поэтому, дальнейшее формирование металлообрабатывающих станков тесно связано с разработкой высокоэффективных самостоятельных автоматических решений и их внедрением. Программа контроля такими станками задается на программоносителе. Действующий цикл такого оборудования в полной мере автоматизирован. Следовательно, один фрезерный станок или Обрабатывающий центр с ЧПУ допускает замену от 2 до 6 единиц универсального фрезерного оборудования в условиях нормальной эксплуатации, а также в значительной степени сократить длительность приготовление производства и цикла изготовления самой продукции.

Отличительная особенность этой вариации оборудования заключается в ходе инструмента относительно обрабатываемой заготовки, который заранее программируется и записывается в числовой форме.

Также для произведения деталей со сложной конструкцией используются специально предназначенные обрабатывающие центры с ЧПУ. Использование блока числового программного управления дает возможность расширить способы обработки, повысить качество изготовляемой продукции, выдержать порядок необходимых операций. Основным принятым языком программирования ЧПУ для оборудования описан документом ISO 6983 Международного комитета по стандартам и называется «G-код».

Исходя из этого, все чаще применение в среднесерийном производстве на машиностроительных предприятиях находят многофункциональные обрабатывающие центры. Их основной задачей является комбинированная токарно-фрезерная обработка деталей.

Системы чпу для станков

По технологическим задачам и функциональным возможностям системы числового программного управления станками подразделяют на четыре основные группы:

  • Комбинированные или универсальные системы. В них осуществляется программирование перемещений при позиционировании, программирование движения исполнительных органов по траектории, а также загрузки-выгрузки заготовок и смены инструментов (многоцелевые токарные и сверлильно фрезернорасточные станки);
  • Непрерывные (контурные). Такие системы управляют движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории (различные круглошлифовальные, фрезерные и токарные станки);
  • Позиционные. В таких системах ЧПУ указывают только координаты конечных точек расположения исполнительных органов после того как ими выполняются предназначенные действия рабочего цикла (расточные, координатно-расточные станки и сверлильные);
  • Многоконтурные. Такие системы обеспечивают одновременное или последовательное управление функционированием механизмов станка и ряда узлов.

По способу приготовления и введению управляющей программы разделяют системы, для которых управляющая программа готовится независимо от положения обработки детали, и так называемые, оперативные системы ЧПУ. В оперативных системах программу готовят непосредственно на фрезерном станке с числовым программным управлением, в процессе обработки первой детали или ее имитации. При этом, подготовка управляющей программы осуществляется либо с помощью возможностей вычислительной техники, которая входит в состав системы ЧПУ определенного станка, либо вне ее (в этом случае вручную или с помощью системы автоматизации программирования).

Программоноситель может включать в себя геометрическую и технологическую информацию. Геометрическая информация характеризует размеры и форму элементов обрабатываемой заготовки и инструмента, а также их взаимное положение в пространстве. Технологическая же информация обеспечивает определенный цикл работы станка. Фрезерные станки с программным управлением по виду управления подразделяют на станки с системами циклового программного управления (ЦПУ) и станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Системы ЦПУ намного проще, так как в них программируется только цикл работы станка и величины рабочих перемещений. То, что и является геометрической информацией, задаются упрощенно, например, с помощью упоров. В станках с ЧПУ управление происходит программоносителем, на котором в числовом виде занесена технологическая и геометрическая информация. Числовое программное управление позволяет управлять движениями и скоростью перемещения рабочих органов фрезерного станка при формообразовании, а также последовательностью обработки, различными режимами резания и другими вспомогательными функциями.

Обрабатывающий центр с чпу по металлу способен выполнять автоматическое управление комбинированной обработкой детали. ПО (программное обеспечение) и структура оборудования с ЧПУ непрерывно повышает свой уровень. В настоящее время огромная часть станков производится с возможностью, позволяющей сочетать разного рода виды обработки. Вместе с тем сохраняется разграничение станков на такие две группы, как фрезерные и токарные.

В настоящее время фрезерные станки с числовым программным управлением являются неотделимым элементом нынешнего производства. Их достоинства заключаются в том, что они позволяют не только обрабатывать детали со сложными конструкциями, но и автоматизировать производство в общем. Универсальный станок обслуживает технолог, который своими силами способен подобрать инструмент, приспособления, режимы резания и порядок обработки заготовки и в конечном итоге составить управляющую программу для создания необходимого качества детали. Рабочий назначает параметры технологического процесса и контролирует качество работы, чтобы обеспечить получение годной детали. Отсюда появляется необходимость тщательной проработки всех элементов процесса. Но вся работа выполняется до обработки на стадии программирования. Это расширяет применение и создает новые технологические возможности, модернизируя производство на новой основе.

Числовая система программного управления

Автоматизация производства за счет станков с программным управлением имеет место в условиях крупносерийного и массового производства, где применяется оборудование типа станок автомат, заменивший универсальные и специализированные станки. Автоматы управляются при помощи механических устройств, которые в условиях мелкосерийного и единичного производства нерентабельны ввиду их сложной переналадки. Возникла необходимость в средствах автоматизации, которые позволяли бы производить частую переналадку станков при обработке деталей малых партий или отдельных деталей. Эта задача решается применением станков с электронными системами управления, которые называют станками с программным управлением.

Основным преимуществом таких станков является возможность их переналадки при переходе на обработку новой детали в весьма короткое время, при централизованной подготовке технологических программ. Программа позволяет проектировать системы дистанционного управления станками и создавать при этом легкопереналаживаемые автоматические линии обработки деталей. Если программа автоматического действия станка не имеет непосредственной связи с его структурой, кинематикой и конструкцией, или выражена в абстрактной форме при помощи кода (под которым понимается система символов, обусловливающая определенные действия, выраженные в виде цифр, букв, их комбинаций и т. д.), то такая система является принципиально отличной от применяемой на станках-автоматах и обладает большими потенциальными возможностями и эксплуатационными удобствами.

Рис. 1. Блок-схема программного управления станком

В качестве программоносителей служат перфокарты, магнитные ленты, а также штырьковые барабаны и др. Для их использования были разработаны программы для перфокарт, перфолент и магнитных лент. В обобщенном виде система программного управления представлена блок-схемой на рис. 1. Она имеет следующие элементы:

  • ВП - ввод программы. Назначение элемента считывать с программоносителя закодированные управляющие сигналы в виде электрических, магнитных, световых или других физических воздействий. Он включает в себя считывающее и транспортирующее программоноситель устройства, которые в зависимости от принятого метода записи программы различают по способу считывания: контактные и бесконтактные, непрерывные и периодического действия, последовательные и параллельные.
  • БУ - блок управления. Его назначение - преобразовывать соответствующие физические воздействия в электрические командные импульсы или потенциалы. Он также выполняет функции сопоставления задания с информацией датчика перемещений, расшифровывает введенную информацию и др. Элемент БУ является обобщающим понятием различных устройств программного управления: дешифратора, интерполятора, счетчика и др. в зависимости от принятой схемы реализации командных воздействий. Эти устройства предназначены для переработки управляющей информации и выполнения отдельных функций автоматического управления на основе использования электронных приборов.
  • У - усилитель. В случае необходимости он поднимает полученный электрический потенциал до необходимого уровня, обеспечивающего надежное управляющее воздействие.
  • ИО - исполнительный орган. Реализует командные импульсы путем подключения рабочего органа станка к источнику движения или выполнения других функций автоматического управления. Элемент ИО обобщает различные сервомеханизмы, которыми обычно в станках являются контакторы, электромагниты, электромагнитные муфты, шаговые двигатели, золотники и т. д.
  • РО - рабочий орган. Фактически реализует командные воздействия, являясь целевым управляемым органом станка.
  • ДП - датчик перемещений. Его назначение регистрировать фактическое перемещение рабочего органа станка. Наличие ДП определяет замкнутую систему программного управления, в отличие от более простой, открытой системы программного управления, у которой отсутствует этот элемент. Он обобщает различные системы путевого контроля, применяемые в замкнутых системах ЧПУ в качестве устройств обратной связи. В эти системы входят датчики, измеряющие величины фактического перемещения рабочего органа или положения управляемого объекта, и приборы формирования необходимого выходного сигнала.

Абсолютные датчики отражают непрерывное или дискретное изменение физического параметра контролируемого перемещения. Эти датчики могут быть со шкалой или без нее. Примером абсолютного датчика является реохорд, движок которого связан с рабочим органом.

Циклические датчики отражают повторяющееся периодическое изменение физического параметра в пределах ограниченного участка пути. Примером может служить индуктивный датчик, схема которого приведена на рис. 2. В показанном симметричном положении сердечника 2 относительно выступа линейки 1 тока в диагонали мостовой схемы (2-3) нет, и стрелка прибора 4 будет стоять на нуле. При смещении сердечника в диагонали возникает ток, пропорциональный расстоянию между линиями симметрии; стрелка прибора 4 покажет его значение.

Рис. 2. Схема индуктивного датчика перемещений

Различают следующие виды программного управления:

  • ПУ - программное управление - управление станком по детерминированной программе;
  • ЦПУ - цикловое программное управление - управление циклами перемещений или режимами обработки по программе с заданием величин параметров на путевых переключателях или других измерительных преобразователях;
  • NC(ЧПУ) - числовое программное управление (Numerical control) - управление обработкой на станке по программе, заданной в алфавитно-цифровом коде;
  • HNC - разновидность устройства ЧПУ (Hand NC) с ручным заданием программы с пульта устройства (на клавишах, переключателях и т. п.);
  • SNC - разновидность устройства ЧПУ (Speicher NC, Memory NC), имеющая память для хранения всей управляющей программы;
  • CNC - автономное управление; станком с ЧПУ (Computer numerical control), содержащее ЭВМ, или процессор;
  • DNC - управление группой станков от общей ЭВМ (Direct numerical control), осуществляющей хранение программ и распределение их по запросам от устройств управления станков (у станков могут быть установлены устройства типов NC, SNC, CNC).

Все многообразие структур устройств ЧПУ можно подразделить на две большие группы. К первой группе относятся устройства с постоянной структурой, в которых осуществляется ввод кодированной программы на перфоленте или декодированной программы на магнитной ленте («Контур-2ПТ», Н22, «Контур-3П», «Размер-2М» и др.). Нашли также применение простые позиционные устройства ЧПУ с заданием программы, размещенным непосредственно у станка на штекерных панелях. Созданы устройства с ручным вводом программы в электронную память с клавиатуры пульта (класса HNC).

Ко второй группе относятся устройства с переменной структурой. Их основные алгоритмы работы задаются программно и могут изменяться для различных применений. Эти устройства строятся на основе микроЭВМ либо микропроцессоров (класса CNC). В устройствах классов CNC и SNC можно формировать нестандартные циклы обработки, что существенно упрощает подготовку и редактирование программы.

По виду движений исполнительных механизмов станка устройства подразделяются на контурные и позиционные системы ЧПУ.

Позиционные устройства ЧПУ применяют для станков сверлильно-расточной группы. При позиционировании рабочий орган станка (например, координатный стол с деталью) перемещается в новую точку обработки. В позиционных устройствах применяются абсолютные и неабсолютные датчики положения. В первом случае программа задается в абсолютных координатах, а работа заключается в сравнении показаний датчиков с координатами, задаваемыми программой. При этом применяется числовая индикация действительного положения рабочих органов. Такие устройства, работающие со ступенчатым или регулируемым приводом, называются устройствами сравнения; к ним относятся «Координата 0-68», «Координата Р-69», «Размер 2М». Во втором случае программа задается в абсолютных координатах (здесь возможна числовая индикация положения инструмента) или в приращениях.

Контурные прямоугольные устройства предназначены для обработки деталей с прямоугольными контурами (например, ступенчатых валов) на станках токарной и фрезерной групп. Траектория движения инструмента, задаваемая такими устройствами, состоит только из отрезков прямых, параллельных осям координат. Рабочие подачи осуществляются по всем координатам. При этом одновременно работает всегда одна координата при общем числе управляемых координат до пяти.

Контурные криволинейные устройства применяют в станках многих групп. Они обеспечивают формообразование при обработке за счет одновременного согласованного движения по нескольким управляемым координатам (более трех). Программа движения привода подач по отдельным координатам при контурной и объемной обработке рассчитывается исходя из заданной формы обрабатываемой детали и результирующей скорости движения, определяемой режимом резания.

Комбинированные устройства ЧПУ, отвечающие всем требованиям позиционных и контурных устройств, применяют в основном для управления многооперационными станками.

Цикловые устройства содержат в цифровом виде только информацию о цикле и режимах обработки, а величина перемещения рабочих органов задается настройкой упоров, воздействующих на путевые переключатели.

В обозначении моделей станков с программным управлением в конце шифра ставится буква Ф и после нее цифра. Например, 243ВФ4. Имеются следующие разновидности станков: 1) с числовым позиционным программным управлением (индекс Ф2); 2) с непрерывным программным управлением (индекс Ф3); 3) обрабатывающие центры с числовым позиционным программным управлением (индекс Ф4); 4) обрабатывающие центры с числовым непрерывным программным управлением (индекс Ф5). Указанные разновидности станков с программным управлением могут оснащаться устройствами цифровой индикации, а также цифровой индикацией с преднабором (индекс Ф1).

Разрабатываются самонастраивающиеся (адаптивные) системы программного управления. В открытой системе имеется только один поток информации - от элемента «ввод программы» к рабочему органу; в замкнутой системе, кроме того, имеется дополнительная корректирующая информация по линии обратной связи о фактическом перемещении рабочего органа. В идеальном случае желательно также иметь информацию о факторах случайного характера, связанных с конкретным состоянием режущего инструмента, отклонениях физических свойств заготовки от заданных, температурных колебаний в процессе резания, а также о различных силовых и других воздействиях на систему СПИД. Система программного управления, в которой, помимо основного, имеется ряд дополнительных потоков информации, позволяющих корректировать процесс обработки с учетом маловероятных воздействий, называется самонастраивающейся.

Точность фрезерной обработки детали на станках с программным управлением зависит от конструкции станка, а также от вида встроенной системы. Обычно регламентируется цена командного импульса или, в общем случае, дискретность программирования составляющая по любой координате в пределах 20-25 мкм. Для токарных станков она находится в пределах 5-50 мкм (нижнее значение относится к поперечной подаче); для сверлильно-расточных станков по соблюдению координатных расстояний в пределах 2-8 мкм (нижнее значение относится к станкам типа координатно расточные) и по соблюдению глубины ступенчатой обработки - 200-250 мкм.