Устройство станка с ЧПУ: виды моделей и особенности настройки

О чем речь? Устройство станка с ЧПУ зависит от его назначения – оборудование может быть токарным, фрезерным, лазерным, плазменным или сверлильным. Однако у всех моделей есть общие элементы: блок и пульт управления, приводы, система обратной связи.

На что обратить внимание? Также для работы на станках с ЧПУ необходимо разбираться в устройстве системы координат, которая регулируется международной организацией по стандартизации, и в особенностях программирования.

Что такое станок с ЧПУ

ЧПУ – это числовое программное управление или Computer Numerical Control. Таким образом обозначают современную технологию для управления станками. В ее основе лежат компьютерные программы на языке программирования G-code. Этот же язык используется при взаимодействии ПК оператора и оборудования, также он необходим для передачи команд 3D-принтерам.

Иными словами, компьютерные программы на станках с ЧПУ включают и задают направление инструменту, запускают вращение шпинделя, подключают систему охлаждения.

При помощи устройства станков с ЧПУ расширяются возможности производства. Такое оборудование может использоваться в различных сферах, поэтому имеет широкую классификацию. Тем не менее большинство моделей станков с ЧПУ имеет схожее устройство и особенности:

• Система смены инструментов резки и оснастки автоматизирована – ПО, интегрированное в работу машины, все делает самостоятельно, без участия оператора.
• Предусмотрена простая настройка, адаптивность, то есть подобная техника без проблем может быть перенастроена с учетом требований обработки разных материалов, проведения любых операций. Данная особенность устройства станка с ЧПУ позволяет изготавливать большой перечень изделий на одном оборудовании.
• Возможно создание фигур сложной геометрической формы, что является одним из ключевых достоинств подобной техники перед традиционными аналогами. Благодаря числовому программному управлению на производстве можно выпускать продукцию нестандартных форм.
• Интегрируется с различными системами производственной автоматизации, поэтому операторы могут централизованно управлять всеми процессами.

Фото: aleksandarlittlewolf / freepik.com

Достаточно долго станки с ЧПУ использовались только в промышленности, что объяснялось их высокой ценой. Теперь появились более бюджетные модели, которые стали доступны даже непрофессионалам и могут применяться для личных нужд за пределами крупных производств.

Общее устройство станка с ЧПУ

Оборудование для ввода данных

Входит в число основных узлов в устройстве станка с ЧПУ и позволяет задавать программу обработки деталей. Чаще всего для ввода применяют считыватель перфоленты, считыватель магнитных лент или компьютер, который подключается через порт RS-232-C.

Блок управления станком (БУС)

Это главный компонент станка с ЧПУ, который способен:

• выполнять вспомогательные задачи, такие как включение и отключение охладителя, шпинделя, замена инструмента.
• получать сигналы обратной связи, касающиеся положения, скорости каждой оси привода;

• передавать команды движения оси в схемы усилителя, что позволяет управлять механизмами оси;
• осуществлять линейную, круговую и спиральную интерполяцию, чтобы формировать команды движения оси;
• распознавать и расшифровывать кодовые инструкции, вводимые в блок управления;

Исполнительный механизм

В устройство станка с ЧПУ нередко входят подвижный стол и шпиндель, что позволяет контролировать положение и скорость обработки материалов. Для управления столом используют оси X и Y, а для шпинделя выбрана ось Z.

Система привода

В нее входят схемы усилителя, приводные двигатели и шарико-винтовой подшипник. От БУС сигналы поступают к схемам усилителя – так передается информация о положении и скорости перемещения инструмента по каждой оси.

Далее сигналы управления усиливаются, запуская двигатели привода, вращающие подшипник. В результате стол перемещается в рабочее положение.

Система обратной связи

Также известна как измерительная система и включает в себя преобразователи или датчики. На протяжение всей работы станка последние отслеживают положение и скорость режущего инструмента. Преобразователи подают в блок управления сигналы, на основании которых формируются новые сигналы, позволяющие изменить положение и скорость оборудования.

Пульт управления

Дисплей пульта в устройстве станка с ЧПУ позволяет оператору видеть программы, команды, прочие значимые сведения.

Фото: seventyfour / freepik.com

Положение монитора может меняться по желанию оператора.

Устройство станков с ЧПУ разного назначения

Устройство фрезерного станка с ЧПУ

Вращающиеся режущие инструменты, используемые в современных фрезерных станках со встроенными CNC-контроллерами, могут быть просто плоскими или сложной формы. Ими раскраивают листовые материалы, обрабатывают заготовки под разными углами, подготавливают пазы. В некоторых моделях предусмотрена обработка криволинейных заготовок по пяти осям.

Устройство сверлильных станков с ЧПУ

Оборудование данного типа позволяет осуществлять все сверлильно-фрезерные операции: развертывание, зенкерование, нарезку резьбы.

Нередко подобное оснащение – это целый многофункциональный обрабатывающий центр. Поэтому в устройство такого станка с ЧПУ входят несколько шпинделей в револьверной головке, где сразу стоит набор сверл различного диаметра.

Устройство токарного станка с ЧПУ

Здесь, в отличие от предыдущего типа устройств, в движение приводится не инструмент, а заготовка. Ей при помощи шпинделя через патрон или центр сообщается вращательное движение. А слой металла снимает резец в кассетном резцедержателе, совершающий поступательное движение. В устройство токарного станка с ЧПУ по металлу входит до 12 инструментов. Однако осей в нем меньше, чем во фрезерном оборудовании. Еще одно важное отличие – упрощенная кинематика.

Токарные станки могут быть:

• Центровыми, позволяющими работать с заготовками конической, цилиндрической формы.
• Патронными, которые необходимы для резьбы, сверления и зенкерования.

• Комбинированными или патронно-центровыми.
• Карусельными, которые необходимы для обработки крупных заготовок сложной формы. Основное движение в подобном оборудовании выполняет рабочий стол или планшайба, а за подачу отвечает суппорт.

Устройство лазерного станка с ЧПУ

При помощи лазерного оборудования можно резать, гравировать, маркировать, очищать такие металлы, как медь, латунь, нержавеющая сталь. Также они позволяют проводить очистку паронита, резины, керамики, бумаги, картона, меха. Подобные устройства имеют высокую энергетическую эффективность при низких затратах расходников.

В основе принципа работы лазерного станка лежит использование стабильного луча высокой температуры. Он формирует на поверхности заготовки малое световое пятно с высокой концентрацией энергии, благодаря чему выжигает материал.

Подобное оборудование может быть оснащено CO₂-излучателем либо оптоволоконным твердотельным излучателем из иттербия.

Устройство плазменных станков с ЧПУ

Такое оборудование используется при работе с токопроводящими материалами, позволяя выполнять их обработку, резку, раскрой деталей. Для разрезания применяют ионизированный газ, а сама обработка включает три стадии:

• К электроду направляют газ, чтобы получить плазму благодаря действию на него электрической дуги.
• Поток плазмы регулируют режущим наконечником, чтобы получить необходимую ширину реза. Данный показатель варьируется в пределах 0,8–1,5 мм. Далее плазму направляют к заготовке.
• Под действием температуры материал начинает выплавляться из заготовки.

Устройство координатной системы станка с ЧПУ

Станки с ЧПУ предполагают применение единой прямоугольной системы координат, поскольку именно ее рекомендует Международная организация по стандартизации.

Система координат является базовой расчетной в устройстве станка с ЧПУ. В ней фиксируются максимальные перемещения, стартовые и текущие положения инструментов, участвующих в обработке материалов.

Существует правило: оси координат всегда идут параллельно направляющим оборудования. Благодаря этой особенности операторам проще настраивать рабочий процесс и программировать устройство.

Размещение осей в пространстве определяется типом станка, однако здесь действует единый принцип:

• Z соответствует оси вращения шпинделя. Ее положительные значения совмещаются с направлением движения от станка для закрепления детали у режущего инструмента.
• Х располагается горизонтально и должна отличаться от оси вращения шпинделя.
• Когда Z расположена горизонтально, положительные значения оси Х представляют собой вектор смещения вправо, если находиться лицом к левому торцу устройства относительно передней плоскости. Именно по этой стороне располагается пульт и ключевые элементы управления станком.
• При вертикальной оси Z положительное направление Х является направлением смещения в правую сторону, если оператор находится лицом к передней плоскости.

Фото: megafilm / freepik.com

Вне зависимости от устройства станка с ЧПУ, чтобы найти положительное направление оси Y, нужно:

• Смотреть в положительном направлении вдоль оси Z и мысленно развернуть Х по часовой стрелке на 90° вокруг Z.
• Использовать правило правой руки, то есть мысленно расположить ладонь в начале координат так, чтобы Z была перпендикулярна ладони, а отведенный под 90° большой палец совпадал с положительным направлением Х. В этом случае положение указательного пальца будет соответствовать положительному направлению оси Y.

Программирование станка с ЧПУ

Говоря об устройстве станков с ЧПУ, нужно понимать, что это, в первую очередь, компьютерная система, у которой есть платформа с исходным кодом. Обычно она закрыта для оператора, но может настраиваться для изготовления продукции на станке. Числовое программное управление представляет собой операционную систему, поэтому обычно совместимо с различными компьютерными операционными системами, используемыми на производстве. Специалист создает программу на языке G-code, фиксируя последовательность обработки заготовки станком.

Далее оператор использует кнопки и иконки на дисплее, чтобы ввести необходимые G-коды. Каждый из них обозначает циклы и операции, их количество и особенности определяются сложностью платформы, станка и процесса обработки. Часть отделки на станке с ЧПУ иногда обозначают как кадр программы – в него может входить сразу несколько действий.

Каждый G-код присваивается одному типовому циклу обработки, используемому при производстве различных изделий. Чтобы при помощи одинаковых действий получить конкретный продукт, оператор вводит данные осей и координаты точек. Принято выделять коды фрезерования, точения, сверления, зенкования, резки, штамповки и пр. с учетом устройства станка с ЧПУ.

Любой цикл представляет собой отдельный кадр программы, состоящей из набора последовательных команд, прописанных в виде G-кода. Рассмотрим это на примере работы токарного или фрезерного станка с ЧПУ «FANUC». Все коды делятся на подготовительные, то есть настроечные, и исполнительные. При помощи операций G00 – G04 инструмент занимает положение для начала обработки заготовки, далее коды G53 – G59 меняют системы координат. Посредством кодов G80 – G84 заготовку сверлят, в ней нарезают резьбу – это циклические команды.

В любом коде и цикле обязательно задаются начальная и конечная точка движения, траектория перемещения в пространстве инструмента и заготовки, моменты включения и остановки шпинделя, пр.

Каждая компания-изготовитель устройств и станков с ЧПУ и все платформы ЧПУ предлагают отдельную таблицу кодов. Чаще всего это унифицированные команды, которые можно рассматривать как функциональную надстройку. Так, есть возможность установить систему ЧПУ «HAAS» на систему «FANUC» в качестве исполнительной надстройки со своими G-code для операций и циклов. Компания «Siemens», производящая токарные и фрезерные станки с ЧПУ, предпочитает использовать свою систему «SINUMERIK», имеющую аналогичные коды на языке G-code.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Изображение в шапке статьи: usertrmk / freepik.com