Технологические возможности станков с ЧПУ при прочих равных условиях определяются числом управляемых координат.
По числу управляемых координат станки бывают :
1. Двухкоординатные (Х , Y ).
2. 2,5-координатные (Х , Y и отдельно по Z ).
3. Трехкоординатные (Х , Y , Z ).
4. Четырех- и более координатные (многоцелевые станки и обрабатывающие центры).
Особое внимание следует обращать на станки с индексными осями координат, обычно имеющими маркировку, например, не «5 осей», а «3 + 2 оси». Это означает, что 2 оси данного станка имеют возможность дискретного поворота или перемещения на холостом ходу, фиксацию рабочего органа станка в этом положении и последующую обработку заготовки без перемещения по индексным осям.
Маркировка станков с ЧПУ
Маркировка станков с ЧПУ аналогична маркировке универсальных станков, но для обозначения системы ЧПУ в конце марки вводится буква «Ф» с цифрой:
Ф1 – система ЧПУ с преднабором;
Ф2 – позиционная система ЧПУ (сверлильные и расточные станки с ЧПУ) (см. рис. 1.1);
Ф3 – контурная система ЧПУ (токарные и фрезерные станки с ЧПУ) (см. рис. 1.2);
Ф4 – комбинированная система ЧПУ (Ф2 + Ф3) (многоцелевые станки).
Примеры маркировки станков с ЧПУ : 16К20Ф3 – токарно-винторезный станок с контурной системой ЧПУ; 2Р135Ф2 – вертикально-сверлильный станок с позиционной системой ЧПУ; 2451ПМФ4 – сверлильно-фрезерный расточной станок с комбинированной системой ЧПУ.
Следует отметить, что вышеописанный принцип маркировки станков с ЧПУ справедлив лишь для оборудования, выпущенного в советском пространстве. Производители же современных станков с ЧПУ (в том числе и зарубежные) в подавляющем своем большинстве пользуются внутренними стандартами своих предприятий, слабо коррелирующихся со стандартами других производителей.
Способы программирования станков с ЧПУ
Существуют три способа программирования обработки для станков с ЧПУ :
1. Ручное программирование .
Все операторы станков с ЧПУ и технологи-программисты должны иметь хорошее представление о технике ручного программирования для написания управляющей программы непосредственно на стойке ЧПУ станка или исправления существующей программы.
2. Программирование на пульте УЧПУ (диалоговое программирование с помощью языков высокого уровня) .
В этом случае программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ. В настоящее время на станках с ЧПУ применяются современные системы разработки УП высокого уровня. Такие системы позволяют оператору-программисту подготавливать программу обработки детали, определяя последовательность предлагаемых системой переходов лишь с указанием их параметров. Оператор станка может произвести проверку правильности работы УП непосредственно на стойке ЧПУ станка с визуализацией обработки.
3. Программирование при помощи CAM систем .
Программирование при помощи САМ систем позволяет исключить необходимость трудоемких математических расчетов и использовать инструменты, значительно повышающие скорость разработки УП. Зачастую этот способ программирования используется для написания программ изготовления сложных деталей. Однако для адаптации разработанной УП под конкретный станок, требуется постпроцессор, преобразующий управляющие программы в фазовое пространство этого станка.
Кодирование информации независимо от применяемого способа программирования осуществляется в G -коде, имеющем альтернативное название ISO -7bit . Код ISO -7bit кадры УП задает адресным способом и основывается на двоично-десятичной системе.
Информация, представленная в любой управляющей программе, подразделяется
на 3 вида:
· геометрическую (задание перемещения по координатам);
· технологическую (задание режимов обработки, инструмента и т. д.);
· логическую (включение/отключение охлаждения, задание вращения шпинделя и т. д.).
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Что такое числовое программное управление станком?
2. Дайте определение системы числового программного управления.
3. Что называется устройством числового программного управления станком?
4. Каково назначение и основные сферы применения позиционного и контурного управления?
5. Что такое управляющая программа?
6. Что называется дискретностью перемещения?
7. Что такое эквидистанта?
Тесты к разделу
1. Числовое программное управление станком – это:
а) управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе;
б) совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных методов и средств, обеспечивающих управление станком;
2. Система числового программного управления – это:
а) совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных методов и средств, обеспечивающих числовое программное управление станком;
б) совокупность функционально взаимосвязанных программных методов и средств, обеспечивающих программное управление станком;
в) совокупность методов и средств, обеспечивающих числовое программное управление станком.
3. Устройство числового программного управления станком – это:
а) часть системы ЧПУ, выполненная как единое целое с ней и выдающая управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта;
б) часть системы ЧПУ, выдающая управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта;
в) часть системы ЧПУ, выполненная как единое целое с ней и выдающая управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой.
4. Позиционное управление – это:
а) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются в заданные точки без задания траектории движения;
б) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются с заданной скоростью по заданной траектории;
5. Контурное управление – это:
а) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются с заданной скоростью по заданной траектории;
б) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются в заданные точки без задания траектории движения;
в) управление, при котором рабочие органы станка перемещаются с заданной скоростью по заданной траектории или без задания траектории движения.
Системы ПУ – цикловые и числовые
Цикловые – позволяют запрограммировать последовательность и скорость перемещений подвижных органов станка. В настоящее время не применяется.
При ЧПУ вся программа работы станка записывается на программоносителе в виде комбинаций сигналов, выражающих цифры, а также буквы и другие символы.
В состав такой программы входят и числовые значения перемещений подвижных органов станка, что составляет принципиальное отличие станка с ЧПУ от станка с цикловым ПУ.
Управляющая программа для обработки на станке с ЧПУ записывается на программоносителе в виде отдельных блоков информации или кадров, разделенных определенными знаками. Каждый кадр программы содержит информацию, необходимую для выполнения станком некоторой группы команд.
В состав одного кадра могут входить: требуемые значения перемещений инструмента по осям координат, подача, скорость вращения шпинделя, а также другие данные необходимые для выполнения станком заданного цикла работы, например команды на включение и выключение охлаждения, указания о направлении движения рабочих органов станка и др.
Практически в производственных условиях управляющей программой называют программоноситель с нанесенной на нем в том или ином коде информацией о полном цикле обработки заготовки на данном станке. Исходной документацией для разработки управляющей программы является чертеж, обрабатываемой заготовки, технологическая карта , а также расчетно-технологическая карта (РТК) или схема движения инструментов при обработке. Эта документация при ручном способе подготовки программ позволяет технологу программисту заполнить карту программирования по которой изготавливается управляющая программа.
Системы ЧПУ по характеру управления движения рабочих органов станка делятся на две группы: позиционные (координатные) и контурные (непрерывные)
Позиционное управление (Гост 20523-80) представляет собой числовое программное управление станком, при котором перемещения его рабочих органов происходит в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются.
Контурное управление (ГОСТ 20523-80) – это ЧПУ станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки. Контурные системы могут работать и позиционном режиме, однако очень дороги.
Кроме упомянутых существуют: системы цифровой индикации положения и системы цифровой индикации с ручным вводом данных. При этом на экране такой системы непрерывно указываются численные значения координат подвижных органов станка. Применяются на универсальных станках.
В соответствии с рассмотренной классификацией систем по характеру управления введена спец. индексация в обозначениях моделей станков с ЧПУ
Ц - станки с цикловым управление; Ф-1 – станки с цифровой индексацией положения, а также ручным вводом данных; Ф-2 – станки с ПСПУ; Ф-3 – станки с контурными системами управления.
Кроме того, выведены индексы отражающие конструктивные особенности станка, связанные с автоматической сменой инструмента: Р – смена инструмента поворотом револьверной головки; М – смена инструмента из магазина; МФ3 – станок с контурной системой управления с магазином инструментов.
В обозначениях некоторых моделей станков используются такие индексы Ф4 и Ф5. Присваиваются станкам группы ОЦ. Ф4 – ОЦ с позиционной системой управления; Ф-5 с контурной.
Расположение и обозначение осей координат, отвечающих направлениям независимых управляемых движений принимаются в соответствии со стандартом JSO-R841.
В основу положена первая система координат с осями X,Y,Z, которые указывают положительные направления движения инструментов относительно неподвижной заготовки.
Если инструмент не подвижен, а движется заготовка относительно инструмента, то соответствующие ее положительные перемещения, направленные в противоположные стороны обозначаются буквами X`,E`,Z`
За положительные направления перемещений подвижных органов принимают такие их перемещения при которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга.
На горизонтально-расточном станка за положительные принимаются: движение шпиндельной бабки вверх по стойке и движение саней стола в направлении от шпиндельной бабки; для пиноли положительным считается ее движение в обратном направлении.
Кроме перечисленных принципов расположения осей пользуются следующими правилами: ось Х всегда располагают горизонтально, а ось Z совмещают с осью вращения инструмента. Лишь в токарных станках ось Z совмещают с осью вращения заготовки.
Если в станке кроме движений по трем основным координатам имеются программируемые перемещения других органов в параллельных направлениях, то соответствующие вторичные и третичные оси обозначаются буквами: U, V, W – вторичные оси; P,Q,R - третичные оси.
Круговые перемещения инструмента относительно заготовки считаются положительными при направлении против часовой стрелки, если смотреть на острие соответствующей оси координат.
Способы отсчета координат – абсолютный и относительный.
При абсолютном – положение начала координат остается фиксированным для всей обработки. На программоносителе записываются абсолютные значения координат последовательно расположенных опорных точек. Достоинство – станок отрабатывает каждый раз от одной и той же точки, отсутствует накопление ошибки. Начало может быть выбрано в любом месте в пределах рабочих ходов и подвижных органов. «плавающий нуль». Такой способ отсчета применяется главным образом в позиционных системах на расточных и сверлильных станках и ОЦ с позиционным управлением. При абсолютном способе отсчета размеров целесообразно применять координатный метод простановки размеров в обрабатываемых заготовках.
В системах с относительным способом отсчета координат за нулевое каждый раз принимается положение исполнительного органа, которое он занимал перед началом перемещения к следующей опорной точке. В программу в этом случае записывают приращения координат при переходе от предыдущей к последующей точке. Первая опорная точка программы называется исходной или старт точкой. Она выверяется при настройке станка и играет роль начала координат, от которого рассчитывается программа обработки данной конкретной заготовки. Наиболее рациональной является простановка размеров цепочкой, при этом происходит накопление ошибок перемещений. В последнее время наметилась тенденция абсолютного отсчета координат и в контурных системах ЧПУ.
По числу управляемых движений (координат) системы ЧПУ могут быть 2,3,4,5 и многокоординатными. Для контурных систем важной характеристикой является число одновременно согласованно управляемых координат. Однако некоторые контурные системы с ЧПУ осуществляют согласованные перемещения не по всем координатам одновременно, а только при отсутствии движения по одной из осей координат. Такие системы с одной неполной координатой иногда обозначают дробным числом, добавляя к целому числу одновременно и согласованно работающих координат еще половину координаты. Например 3,5 (четыре координаты с одной неполной). Число управляемых координат является важной технологической характеристикой станка.
Для обработки заготовки на токарном станке достаточно 2 х координат, для станков с двумя суппортами – 4 (1734Ф3). Сверлильные станки с ЧПУ обычно двух координатные. Для расточных станков – 3 х координатные. Фрезерные не менее 3 х одновременно управляемых координат.
Наиболее рациональными являются пятикоординатные фрезерные станки, у которых дополнительно программируются повороты заготовки и наклоны инструмента.
На современных станках с ЧПУ меняет режимы обработки, доступны для ручного редактирования.
В настоящее время для программирования систем ЧПУ используется множество языков программирования, в основе которых лежит универсальный язык ИСО 7 бит. Однако каждый производитель вносит свои особенности, которые реализуются через подготовительные (G-коды) и вспомогательные (M-коды) функции.Функции с адресом G – называются подготовительными , они определяют условия работы станка связанные с программированием геометрии перемещения инструмента. Подробное описание G-кодов можно найти в главе код ИСО 7 бит .
В данной главе подробно рассмотрим назначение вспомогательных функций.
Функции с адресом M – называются вспомогательными (от анг. Miscellaneous) и предназначены для управления различными режимами и устройствами станка.
Вспомогательные функции могут использоваться одиночно или совместно с другими адресами, например, кадр ниже производит установку инструмента с номером 1 в шпиндель.
N10 T1 M6, где
T1
– инструмент номер 1;
M6
– смена инструмента;
В данном случае под командой М6 на стойке ЧПУ скрывается целый набор команд, которые обеспечивают процесс замены инструмента:
Перемещение инструмента в позицию смены;
- выключение оборотов шпинделя;
- перемещение устанавливаемого инструмента в магазине;
- замена инструмента;
Использование М-кодов допускается в кадрах с перемещением инструмента, например в строке ниже охлаждение включится (M8) одновременно с началом движения фрезы.
N10 X100 Y150 Z5 F1000 M8
М-коды, включающие какое-либо устройство станка, имеют парный М код, который это устройство выключает. Например,
M8
– включить охлаждение, M9
– выключить охлаждение;
M3
– включить обороты шпинделя, M5
– выключить обороты;
Допускается использование нескольких М команд в одном кадре.
Соответственно чем больше устройств имеет станок, тем больше М команд будет задействовано в его управлении.
Условно все вспомогательные функции можно разделить на стандартные и специальные . Стандартные вспомогательные функции используются производителями ЧПУ для управления устройствами, имеющимися на каждом станке (шпиндель, охлаждение, смена инструмента и т.д.). Тогда как специальные программируют режимы на одном конкретном станке или группе станков данной модели (вкл/выкл измерительную головку, зажим/разжим поворотных осей).
На картинке выше представлен поворотный шпиндель многоосевого станка. Для увеличения жесткости при позиционной обработке станок оснащен зажимами поворотных осей, которые управляются М кодами: M10/M12 – включить зажимы для осей A и С. М11/М13 – выключить зажимы. На другом оборудовании производитель станка может данные команды настроить на управление другими устройствами.
Список стандартных М команд
M0 – останов программы;M1 – останов по требованию;
M2 – конец программы;
M3 – включить обороты шпинделя по часовой стрелке;
M4 – включить обороты шпинделя против часовой стрелки;
M5 – останов шпинделя;
M6 – автоматическая смена инструмента;
M8 – включить охлаждение (как правило СОЖ);
M9 – выключить охлаждение;
M19 – ориентация шпинделя;
M30 – завершение программы (как правило со сбросом всех параметров);
M98 – вызов подпрограммы;
M99 – возврат из подпрограммы в основную;
Специальные вспомогательные функции производитель станка описывает в соответствующей технической документации.
Вы неоднократно хотели узнать возможности фрезерного станка с ЧПУ? Перед тем, как начать поиск такого станка для своих целей, необходимо определить, для чего именно вы будете его использовать. Размер и функции фрезерного станка с ЧПУ для обработки различных материалов могут значительно отличаться, но в целом они схожи для всех видов станков.
На что следует обратить внимание при выборе станка
В первую очередь необходимо определиться с размерами машины и убедиться, что для нее хватит места в помещении (цеху или мастерской). Потом нужно изучить последние новости в мире ЧПУ и убедиться, что покупаемый вами станок соответствует всем новациям (только если это важно и не критично в финансовом плане).
Одним из значительных факторов, влияющим на выбор фрезерного станка с ЧПУ, является стоимость покупки и установки. ЧПУ, что расшифровывается как «Числовое Программное Управление», представляет собой процесс управления автоматом с помощью компьютерной программы. В недалеком прошлом, качественные машины были очень дорогими, но сейчас их цена значительно снизилась.
Перед приобретением обязательно нужно узнать о точности покупаемого станка и его скорости, а также, как их изменение будет отражаться на стоимости.
Более быстрые машины, которые могут делать резку и фрезерование с определенным допуском, будут стоить дороже, в то время как более медленные, меньшие по габаритам и менее точные будут стоить дешевле. Для любительских целей или домашней мастерской вполне достаточно станка с невысокой скоростью работы, а для профессионального использования, чтобы справиться со всей рабочей нагрузкой, лучше сделать выбор в сторону автомата с большой скоростью обработки и высокой точностью.
Классификация фрезерных станков с ЧПУ
Классификация фрезерных станков ЧПУ довольно различна. Некоторые модели станков будут отличаться по конструкции, а именно, возможностью фрезерного станка с ЧПУ самостоятельно менять инструмент. Эта функция позволяет станку, выбирая по программе, заменять рабочий инструмент (фрезу) без вмешательства человека. Машина знает, какую фрезу следует выбрать и использовать для определенных задач, что позволяет непрерывно обрабатывать заготовку без остановки.
Более дешевые станки нуждаются в ручной замене режущего инструмента, что добавляет работы оператору и замедляет весь процесс в целом. Станок производит резку кромок и даже фигур внутри заготовки, где затрудняется смена инструмента, с помощью быстро вращающихся фрез, установленных на двигателе. Ручная же замена рабочего инструмента потребует постоянного внимания к процессу.
Другие функции, которые необходимо рассмотреть при выборе фрезерного станка с ЧПУ, это:
- система охлаждения шпинделя (воздушное или жидкостное);
- широкая платформа, на которой без труда можно закрепить деталь для фрезеровки;
- высококачественные материалы рамы, такие как сталь и алюминий;
- простота в использовании ЧПУ Программ.
Какой фрезерный станок с ЧПУ выбрать, исходя из таких функций?
Одной из очень полезных опций для фрезерного станка, является система сбора и отвода пыли (вытяжка), которая отводит пыль прямо от места реза, что позволяет держать в чистоте рабочее помещение. Система сбора пыли предотвратит накопление мелких частиц в воздухе, таким образом, избегая проблем с дыханием, плохой видимости и т. д.
Как правильно выбрать машину с ЧПУ
Существует множество типов и производителей станков с ЧПУ. При покупке нового или бывшего в употреблении (б/у) станка с ЧПУ существует ряд ключевых характеристик, на которые следует обратить внимание.
На рисунке изображена простая конструкция фрезерного станка с ЧПУ, он состоит из таких частей:
- Ось Х;
- Ось Y;
- Ось Z;
- Привод оси X;
- Привод оси Y;
- Рабочий стол;
- Шпиндель;
- Патрон для установки режущего инструмента;
- Корпус станка (в данном случае алюминиевый).
Рассмотрим самые важные характеристики станка:
Количество осей
Это самое фундаментальное качество любой машины с ЧПУ. В большинстве базовых конструкций режущая головка перемещается в трех направлениях – X, Y и Z – и сам инструмент всегда направлен вниз и совмещен с осью Z. Эта конструкция немного ограничена по сравнению с много направленными машинами, содержащими четвертую и даже пятую ось.
Материал, из которого сделан станок
Чугунная или стальная конструкция обеспечивает более высокий уровень жесткости и возможность изготавливать даже самое большое рабочее пространство, но является очень тяжелой. Если перемещение станка по мастерской не планируется, то такой вариант является оптимальным, если же планируются частые перестановки, то лучше обратить внимания на станки из алюминия, они гораздо легче, а по прочности практически не уступают стальным.
В случае, если вы будете обрабатывать мягкие материалы и станок не будет испытывать больших нагрузок при работе, то можно сделать выбор в сторону конструкции из полимерных материалов (акрил, ПВХ).
Использование специализированного шпинделя
Шпиндель, соединяющий двигатель и вращающийся инструмент, оказывает большое влияние на точность станка с ЧПУ. Его основная задача – обеспечить, чтобы вращение инструмента было сконцентрировано в одной точке, имело минимальную вибрацию, и чтобы эти условия соблюдались даже при максимальной нагрузке.
Шпиндель более высокого качества увеличивает точность, уменьшив общее количество колебаний по сторонам, а также уменьшает разницу между предполагаемым и фактическим диаметром инструмента.
Для цветных металлов, древесины, пластмассы и других похожих материалов рекомендуется высокая скорость вращения шпинделя. Обрабатывая мягкие материалы на низких скоростях шпинделя, канавки на торцевых фрезах будут забиваться стружкой и портить деталь. Единственный способ избежать гуммирования фрез в мягких материалах при низких оборотах шпинделя – это снизить скорость подачи.
Диапазоны механического перемещения
Большие диапазоны перемещения инструмента позволяют обрабатывать большую площадь заготовки за один проход. Чтобы определить габариты станка, который вам нужен, продумайте, изделия с каким максимальным размером вы собираетесь производить на нем.
Скорости перемещения
Есть много факторов, которые влияют на количество времени, затрачиваемое для выполнения обработки определенной заготовки, но главным из них всегда является производительность самого станка с ЧПУ. «А почему бы не провести обработку на максимальной скорости?» – спросите вы. Как уже было написано выше, высокая скорость передвижения не всегда положительно сказывается на качестве готовой продукции. Например, акрил, при большой скорости подачи начинает плавиться и деформироваться, древесина обугливается, это плохо сказывается и на рабочем инструменте, фрезы тоже «горят».
Если вы задаетесь вопросом: «Как выбрать фрезерный станок с ЧПУ?», то очень важно обратить внимание на максимальную скорость передвижения, если он будет использован не для любительских целей.
Шаговый двигатель или сервопривод: достоинства и недостатки
Типы приводных двигателей для каждой из осей делятся на шаговые двигатели и сервоприводы.
Сервоприводы имеют более высокую точность по сравнению с шаговыми, и стоят намного дороже. Основным преимуществом сервосистемы является то, что она проверяет свое положение при каждом движении относительно независимого измерительного устройства – стеклянной шкалы. Это целый комплекс.
По виду выполняемых работ фрезерные станки бывают:
- гравировально-фрезерные,
- сверлильно – фрезерные,
- токарно-фрезерные и многие другие виды.
Фрезерованием можно обрабатывать такие материалы, как:
- дерево,
- пластик,
- графит,
- а также все виды металлов и их сплавов (сталь, чугун, алюминий, латунь, бронзу, медь и т.д.)
Используемый режущий инструмент, фрезы, также отличаются большим разнообразием. Сложная конструкция станков позволяет производить на них широкий спектр операций по обработке материалов: гравировку, сверление, фрезерование, резьбу, раскрой плит больших размеров и многое другое.
Принцип работы фрезерного станка таков, что позволяет в рамках одной выполняемой программы автоматически менять инструмент – фрезу, менять скорость вращения фрезы и угол поворота шпинделя. Все перечисленные функции и свойства оборудования открывают очень большие возможности по использованию фрезерных станков в самых различных областях и производствах. На них можно выполнять как порезку и раскрой габаритных плит, так и тонкую обработку мельчайших деталей.
Так например, фрезерно-гравировальный станок , несмотря на внушительность и массивность своей конструкции, может выполнять кроме сверления, резки раскроя материалов, очень деликатную гравировку, точно и четко перенося на заготовку мельчайшие детали исходного изображения. Точность гравировки правильно отлаженного станка составляет доли миллиметра.
Фрезерные станки последнего поколения позволяют обрабатывать не только плоские детали, но и обрабатывать заготовки по 3D программам, создавая объемные формы. Такие универсальные возможности станков с ЧПУ по достоинству оценили производители современной мебели. Станки позволяют воплотить в жизнь самые сложные дизайнерские решения: гнутые мебельные фасады, резные мебельные накладки, сложные раскрои мебельных плит, декоративная фрезеровка с двух сторон мебельной плиты.
Невозможно обойтись без фрезерных станков и на деревообрабатывающих предприятиях, специализирующихся на загородном домостроении. Резные лестницы с вычурными балясинами из ясеня, дуба или ореха, двери со сложным орнаментом, деревянные арки и другие декоративные и функциональные элементы интерьера невозможно выполнить без применения универсальных фрезерных станков с ЧПУ.
Огромные достоинства такого универсального оборудования как фрезерные станки с ЧПУ открыли им дорогу во все сферы современного производства. Среди наиболее важных достоинств стоит отметить высокую производительность и технологичность изготовления различной продукции, легкое управление, быстрое вхождение в работающую производственную линию, почти полное отсутствие брака при изготовлении деталей, так как фрезерные станки с ЧПУ управляется компьютером, что исключает человеческий фактор влияния на производство.
