Что такое фрезерный станок с чпу

Станок с ЧПУ — это технологическая машина, предназначенная для автоматической обработки заготовки по заданной программе, с целью получения детали с заданными: размерами, формой, взаимным расположением и шероховатостью поверхностей.

Осевыми перемещениями станка с ЧПУ руководит компьютер, который читает управляющую программу и выдает команды соответствующим двигателям. Двигатели заставляют перемещаться исполнительные органы станка. В результате производится механическая обработка детали.

Датчики, установленные на направляющих, посылают информацию о фактической позиции исполнительного органа обратно в компьютер. Это называется обратной связью. Как только компьютер узнает о том, что исполнительный орган станка находится в требуемой позиции, он выполняет следующее перемещение. Такой процесс продолжается, пока чтение управляющей программы не подойдет к концу.

По своей конструкции и внешнему виду станки с ЧПУ похожи на обычные универсальные станки. Единственное внешнее отличие этих двух типов станков заключается в наличии у станка с ЧПУ устройства числового программного управления (УЧПУ), которое часто называют стойкой ЧПУ.

Устройство числового программного управления (УЧПУ) станками — это 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.

Фрезерные станки с ЧПУ

Фрезерный станок с ЧПУ (фрезерный обрабатывающий центр) — это станок, предназначенный для выполнения различных видов обработки резанием заготовок корпусных деталей, где управление осуществляться с помощью системы числового программного управления (ЧПУ).

Фрезерные станки с ЧПУ позволяют выполнять следующие технологические операции: фрезерование, сверление, расточку, нарезание резьбы, развёртывание, зенкерование и др.

При этом инструмент, закрепленный в шпинделе станка, совершает главное вращательное движение, а заготовка, закреплённая на столе, совершает поступательное движение подачи.

Фрезерные станки с ЧПУ можно разделить на две основные группы:

• вертикально-фрезерные станки с ЧПУ
• горизонтально-фрезерные станки с ЧПУ

Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ является наиболее распространённым фрезерным оборудованием с ЧПУ в современном производстве. Компоновка вертикально-фрезерного обрабатывающего центра заключается в вертикальном расположении шпинделя, при горизонтальном расположении рабочего стола.

Большинство вертикально-фрезерных станков с ЧПУ имеют три оси — X, Y и Z. Некоторые станки имеют поворотные конструкции шпиндельной головки и стола с возможностью движения по одной, двум или трем координатам, что позволяет обрабатывать самые сложные поверхности с минимальным количеством установов.

Компоновка горизонтально-фрезерного станка с ЧПУ позволяет добиться высокой жёсткости конструкции станка, что является весьма важным при обработке крупногабаритных тяжёлых заготовок. Особенность компоновки этих станков состоит в горизонтальном расположении шпинделя при горизонтальном расположении рабочего стола. Рабочий стол, как правило, является поворотным, что позволяет обрабатывать закреплённую на нём заготовку с четырёх сторон.

Многие горизонтально-фрезерные обрабатывающие центры оснащаются системами автоматизированной смены заготовок. При этом во время работы станка заготовка устанавливается (или снимается деталь) на сменном столе-спутнике.

Фрезерные станки с ЧПУ комплектуются системой автоматической смены инструмента манипуляторного или безманипуляторного типов. Необходимый запас инструментов создается в револьверных головках или инструментальных магазинах барабанного или цепного исполнений.

Компоновка обрабатывающего центра любой модели, помимо обычных параметров, определяется его технологическими возможностями. К ним относятся: размеры рабочего пространства, характеристика инструментального блока, емкость инструментального магазина, время смены инструмента, количество столов-спутников, их размеры, время смены столов-спутников, тип системы управления, число одновременно управляемых координат, дискретность и точность перемещений по координатам и др.

Так же для улучшения качества обработки станки оснащают лазерными и контактными датчиками поломки инструмента, датчиками позиционирования инструмента, датчиками измерения заготовки.

Токарные станки с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ (токарный обрабатывающий центр) — это станок, предназначенный для выполнения различных видов обработки резанием заготовок типа тел вращения, где управление осуществляться с помощью системы числового программного управления (ЧПУ).

Токарные станки с ЧПУ позволяют выполнять следующие технологические операции: точение и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, подрезку и обработку торцов, сверление, нарезание резьбы и т. д.

При этом вращательное движение заготовки является главным движением, а движение режущего инструмента — поступательным движением подачи.

Токарные станки с ЧПУ можно разделить на две основные группы:

• горизонтальные токарные станки с ЧПУ (с горизонтальной осью вращения шпинделя)
• вертикальные токарные станки с ЧПУ (с вертикальной осью вращения шпинделя)

Горизонтальные токарные станки с ЧПУ являются одним из самых востребованных видов оборудования для работы с металлом и составляют самую значительную долю в парке станков с ЧПУ.

Вертикальные токарные станки с ЧПУ (карусельные) используются в основном для обработки тяжелых крупногабаритных деталей.

Большинство токарных станков с ЧПУ имеют две управляемые координаты: Z- перемещение каретки вдоль оси шпинделя; X- перемещение салазок перпендикулярно этой оси. На поперечных салазках установлен либо резцедержатель, либо револьверная поворотная инструментальная головка.

Обычно револьверные головки бывают четырех-, шести- и двенадцати позиционные, причем на каждой позиции можно устанавливать по два инструмента. Иногда станки оснащают двумя револьверными головками.

Револьверные головки кроме традиционных инструментов (неподвижно закрепленных в головке) могут быть оснащены инструментами с независимым вращением параллельно, перпендикулярно или наклонно к оси заготовки.

Для повышения технологических возможностей и производительности токарные станки с ЧПУ оснащаются:

• дополнительными осями управления
• сверлильными, фрезерными и шлифовальными головками
• дополнительным шпинделем для перехвата заготовки с целью ее обработки с другой стороны
• программно-управляемым люнетом
• поддерживающим устройством для установки заготовок

При соответствующем оснащении токарные станки с ЧПУ позволяют выполнять фрезерные, сверлильно-расточные операции, а также зубообработку, не снимая детали со станка.

Фрезерный станок с ЧПУ выполняет обработку плоских и объёмных деталей по заданной программе методом резания специальным инструментом. Принцип действия основан на вращении фрезы согласно поступательным движениям заготовки. Современный фрезерный ЧПУ представляет устойчивую, термостабильную конструкцию из литых элементов.

Характеристика

При выборе оборудования учитывают следующие важные характеристики:

• класс точности (от нормальной до сверхвысокой);
• размеры стола;
• доступные технологические операции;
• амплитуду перемещений: для стола прямолинейная, для шпинделя — радиальная и прямолинейная;
• минимальный шаг;
• уровень точности и повтора движения по указанным точкам;
• мощность шпинделя, допустимая скорость вращения, число автоматически переключаемых скоростей;
• координаты, число рабочих подач;
• количество и способ замены инструментов;
• габариты и масса.

Встроенные усовершенствованные винтовые пары и направляющие качения обеспечивают ускоренное перемещение частей. Модернизированные приводы электропередач плавно регулируют размер рабочей подачи и количество вращений шпинделя за единицу времени в оптимальном диапазоне. Оборудование выпускает качественную продукцию с максимальной производительностью.

Классификация ЧПУ

Применяются следующие программные обеспечения, управляющие процессом работы станка:

1. Позиционные — рабочие части переходят в точки с конкретными координатами. Отличаются точностью останова в заданной точке.
2. Контурные прямоугольные (коллинеарные) — подвижные элементы перемещаются по прямой линии. Скорость определяется указанными режимами резания, поочерёдно для каждой координатной оси. Выполнение криволинейных поверхностей невозможно.
3. Контурные (непрерывные) — элементы перемещаются в пространстве по предварительно заданным траектории, форме и конечным точкам. Создаются объёмные детали сложной конфигурации.
4. Адаптивные (самоприспосабливающиеся) — рабочий процесс автоматически подстраивается к скорости, силе резания, подаче. Автоматически защищается от перегрузок двигатель и привод подач. Отличается качественным процессом обработки, повышенной надёжностью.

Контурное и адаптивное управления основаны на 4-ёх и 5-ти координатных системах, обеспечивающие сложную траекторию движения подвижных элементов. Обработка проводится минимум по 2-ум осям одновременно.

Преобразование 3-х координатного станка в 4-х или 5-ти происходит путём установки добавочной поворотной поверхности. Зона работы при этом уменьшается.

Управление

В программное обеспечение загружается управляющая программа (УП), содержащая следующие виды информации:

• геометрическая — размеры детали и обрабатывающего инструмента, их расположение относительно друг друга на столе (координатные перемещения стола определяются обрабатываемой деталью);
• технологическая — материал, твёрдость, чистота поверхности детали, выбранные режимы, последовательность замены инструментов.

Варианты ввода информации:

• набор рукой оператор на пульте;
• через пульт без использования числовых данных.

Популярны системы «SIMENS «Германия, «GE FANUK Automation «США-Япония, из отечественных «Балт-Систем» Санкт-Петербург. Производятся У. П. различного класса для простых и сложных станков. Следует обращать внимание на совместимость аппаратного и программного обеспечения.

Вертикальный обрабатывающий центр с ЧПУ модели 700 V

Выполняет полную обработку заготовок из конструкционных сталей в производствах разных объёмов.

Трёхкоординатный центр осуществляет сверление, растачивание, нарезание резьбы, прямолинейное, контурное и объёмное фрезерования. В базовом оснащении установлен передвигающийся продольно и поперечно стол, вертикально — шпиндельная бабка. Поддерживается 3-координатный и 3-ёх осевой обрабатывающий процесс. Функционирует программное обеспечение пятого поколения на основе мощного компьютера, поддерживающее комбинированную (объединяет коллинеарную и непрерывную контурную) управляющую программу. Элементы обрабатывающего центра перемещаются в пространстве по заданной прямолинейной или криволинейной траектории к конечным координатам.

Предусматривается дополнительная установка одного или двух поворотных поверхностей, поддерживающих процесс в 4-ёх и 5-ти осях.

Конструктор в специальной программе (например, Solid Works, КОМПАС) создаёт 3- D модель будущей детали. Созданная 3- D модель и технологические данные вводятся в управляющую программу, например, СПРУТ, CAMWORKS, Гемма 3 D. Информация генерируется в универсальные G -коды, проводится симуляция процесса обработки. Созданная программа загружается через внешний носитель или через сеть в ЧПУ.

В обязанности персонала входит переустановка заготовок, замена инструмента. Необходимо контролировать корректность работы оборудования.

Разновидности фрезерных станков с ЧПУ

Благодаря своей универсальности и возможности обрабатывать материалы различной твёрдости, применяются во многих областях промышленности и народного хозяйства. Обрабатываются заготовки из камня, пластика, металла, керамики или дерева. Специальные деревообрабатывающие модели вытачивают различные элементы при изготовлении мебели.

Особое место занимают гравировальные модели, выполняющие технологические операции, недоступные универсальному оборудованию. Процесс заключается в точном копировании по готовому шаблону, что гарантирует абсолютное повторение сложнейших элементов. Выполняет гравировку по заданному контуру любой формы, повторяет сложнейшие надписи, узоры.

Для получения корпусных и других деталей на сегодняшний день применяется фрезерный станок с ЧПУ. Развитие технологий привело к тому, что компьютеры стали обширно применяться в промышленности. На многих промышленных площадках проводится модернизация, которая заключается именно в установке станков с блоком числового программного управления.

Принцип работы

Применение фрезерного оборудования позволяет проводить обработку самых различных заготовок. Сегодня выполняется фрезерование следующих материалов:

1. Керамики.
2. Древесины.
3. Цветных и черных металлов.
4. Искусственного и природного камня.
5. Полимеров самого различного типа.

Рассматривая принцип работы, стоит отметить следующие моменты:

1. Заготовка закрепляется в специальном столе. При механической обработке может оказываться серьезное воздействие на заготовку. Именно поэтому она должна быть закреплена надежно и при фрезеровании оставаться неподвижной.
2. Отличительной чертой фрезеровального оборудования можно назвать то, что основное вращение передается установленному инструменту. Варианты исполнения с ЧПУ могут отличаться тем, что после выполнения одной из операций проводится перебазирование заготовки. Для этого стол снабжается приводом.
3. Изделие устанавливают на фрезеровочный стол. После этого проводится внесение программного кода, по которому и будет вестись обработка. Стоит учитывать, что станки могут иметь и сверлильный инструмент. За счет особого приспособления проводится быстрая смена режущего инструмента на момент выполнения работы.

Встречается и настольный бытовой тип оборудования, когда заготовка во время работы постоянно находится в неподвижном состоянии. Отличие подобных моделей также заключается в относительно небольших размерах и малом весе. Мини-фрезерный станок по металлу с ЧПУ может устанавливаться в небольшой мастерской для выполнения основных операций.

Различные конструктивные исполнения

Встречаются станки, оснащенные ЧПУ, в различных конструктивных исполнениях. Автоматическая обработка определяет то, что конструкция должна обладать особыми свойствами. Все оборудование можно разделить на две основные группы:

1. Консольный тип.
2. Бесконсольные конструкции.

К консольным станкам можно отнести следующие станки:

1. Универсальные.
2. Вертикальные.
3. Горизонтальные.

Бесконсольные станки бывают вертикального и горизонтального типа. Делать изделия корпусного типа многие решают на фрезерном оборудовании консольного типа. Особенностями можно назвать следующие моменты:

1. Шпиндель с инструментом находится в неподвижном состоянии.
2. Консоль служит для крепления заготовки. При этом конструкция находится в подвижном состоянии и может изменять свое положение относительно режущего инструмента.

В случае бесконсольной конструкции основного узла нет, так как рабочий стол и режущий инструмент могут находиться в подвижном состоянии. Подобное оборудование могут сделать только известные производители. Гравировальный станок зачастую выполнен в бесконсольном виде.

Разновидности программ обработки

Фрезер с ЧПУ по дереву или металлу может работать по программе, которая составляется и вноситься в блок памяти. Все программы могут разделяться на несколько основных групп:

1. Позиционные программы применяются для фиксации координатных точек, по которым выполняется фрезерование. Подобные программы составляются для управления станком расточной и сверлильной группы. Сделать несколько отверстий, расположенных на определенном расстоянии относительно друг друга с высокой точностью, можно при применении оборудования, работающего от блока числового программного управления.
2. Контурные характеризуются тем, что применяются для управления траекторией обработки. Зачастую программа подобного типа составляется для управления станком круглошлифовальной группы.
3. Комбинированные программы на сегодняшний день получили широкое распространение, так как позволяют выполнять контурную и позиционную обработку. Они применяются для управления станками многоцелевого применения.
4. Многоконтурные программы — самый сложный тип ПО, который применяется для управления самыми современными станками. За счет сложности программы она может использоваться в случае совмещения нескольких операций, к примеру, фрезерование и сверление.

Координатный станок по металлу получил широкое распространение. Он устанавливается для создания различных отверстий на определенном расстоянии друг от друга. Кроме этого, обработка может проводиться по различной траектории.

Неоспоримые преимущества ЧПУ

За счет применения блока числового программного управления существенно увеличивается сложность конструкции и ее стоимость. Именно поэтому токарно-фрезерный станок по дереву своими руками изготовить практически невозможно. К преимуществам станков с ЧПУ можно отнести следующие моменты:

1. Существенно увеличивается показатель скорости обработки примерно в 2−3 раза. Именно поэтому проводится установка станков с ЧПУ в случае наладки крупносерийного производства. Показатель производительности увеличивается по причине того, что при ручной обработке оператор тратит много времени на измерения и другие процессы.
2. Повышается показатель точности обработки. При изготовлении современных станков, которые работают под управлением ЧПУ, соблюдается высокая точность позиционирования всех узлов относительно друг друга. За счет этого отклонения размеров составляет всего несколько долей миллиметра.
3. Минимизируется объем выполняемых ручных работ. При модернизации производственных линий или при создании новых установка станков ЧПУ уменьшается количество обслуживающего персонажа. Один оператор сможет обслужить несколько станков, за счет чего существенно снижаются затраты организации.
4. На подготовку заготовки к обработке требуется намного меньше времени. Современные фрезеровальные станки могут самостоятельно изменять положения заготовки по нескольким осям.

Что касается недостатков, то их относительно немного:

1. Высокая стоимость. За счет установки блока программного управления стоимость станков возрастает многократно. Это связано с тем, что при изготовлении конструкции выдерживается высокая точность, применяются современные технологии и самые качественные материалы.
2. Низкокачественное оборудование, выпускаемое некоторыми производителями, не может применяться для фрезерования и выполнения других операций с заданной точностью.
3. Ремонт и обслуживание может проводиться только специалистом.

Кроме этого, не стоит забывать о том, что для создания программы требуется определенные знания и опыт.

Разновидности оборудования

В продаже можно встретить фрезерные станки самого различного типа. По типу обрабатываемого материала выделяют несколько групп оборудования:

1. Для работы с металлом.
2. Фрезерно-гравировальная группа, предназначенная для нанесения различной информации.
3. Для обработки заготовок, которые изготовлены из дерева.

Большая часть станков предназначены для работы с металлом. Классифицируются они следующим образом:

1. Широкоуниверсальные. Они могут применяться для выполнения самых различных операций.
2. Настольные станки для бытового применения или для работы с небольшими заготовками.
3. Токарно-фрезерная группа, которая может применяться для выполнения самых различных операций.
4. Сверлильно-фрезеровальная группа.
5. Обрабатывающиеся центры.

В последнее время достаточно часто выполняется установка станков с ЧПУ в домашних условиях или небольших мастерских. Это связано с тем, что современное оборудование довольно просто в применении, имеет относительно небольшие габаритные размеры.

Модели, предназначенные для гравировки, применяются для работы с самыми различными материалами:

1. Цветные и черные металлы.
2. Искусственный или натуральный камень.
3. Бетон и дерево.

За счет высокой точности оборудование может использоваться для изготовления колон и статуэток. Однако, гравировка проводится для декорирования поверхности. В последнее время гравировочное оборудование применяется для изготовления рекламных конструкций.

По принципу работы выделяют несколько групп оборудования:

1. Настольный тип.
2. Мини-станки, характеризующиеся невысоким значением производительности и небольшими габаритами.
3. Конструкция с вертикальной компоновкой.
4. Широкоформатные.

Варианты исполнения, которые устанавливаются в домашних мастерских, нельзя назвать профессиональными. Они обладают относительно невысокой производительностью, предназначены для выполнения незначительной работы. Кроме этого, подобные станки имеют относительно невысокую стоимость. Зачастую их приобретают для установки в технических училищах и вузах для обучения.

Распространение станков настольной группы связано с нижеприведенными моментами:

1. Относительно невысокая стоимость. За счет упрощения конструкции снижается стоимость конструкции.
2. Исключительная мобильность. При необходимости можно сменить месту установки настольного станка, так как для него подходят столы и верстаки.
3. Простота в эксплуатации.

Несмотря на компактность, фрезерное оборудование этого типа может применяться для производства качественных и ответственных изделий. Однако, следует учитывать, что показатель производительности все же меньше моделей промышленного варианта исполнения.

Предложение компании GCC Jaguar

В последнее время большой популярностью пользуется оборудование, выпускаемое под брендом GCC Jaguar. Известная компания занимается выпуском самых различных станков:

1. Для работы с древесиной и металлом различного типа.
2. Универсальные варианты исполнения, предназначенные для фрезерования и выполнения других операций, а также гравирования.
3. Станки электроэрозионного типа.
4. Оборудование фрезерно-токарной группы.

Компания характеризуется тем, что изготавливает программный продукт наиболее высокого качества, который может реализовать потенциал станков.

Продукция GCC Jaguar характеризуется следующими качествами:

1. Высокая надежность.
2. Качество сборки на самом высоком уровне.
3. Применение самых передовых технологий.
4. Высокая точность обработки.
5. Есть возможность синхронизации станков с компьютерами.

В заключение отметим, что с появлением программ трехмерного моделирования станки с ЧПУ получили самое широкое распространение. Это связано с тем, что блок числового программного управления может перемещать рабочие узлы с учетом трехмерного пространства.