Практически каждое производство занимается обработкой металлических деталей для создания различных элементов. Для данной цели стоит использовать современные токарные станки. Стоит отметить, что есть ручные виды оборудования и автоматизированные. Вторые пользуются большой популярностью за счет удобства эксплуатации. Для того, чтобы автоматизировать систему используется ЧПУ (числовая программа управления). Очень важно правильно выбрать оборудование для продуктивной работы. Чаще всего используют вертикальные установки, они намного удобнее и практичнее во время эксплуатации. Если вы желаете посмотреть большой ассортимент вертикальных токарных станков с ЧПУ, то http://www.mwm-eng.ru/katalog/vertikalnye-tokarnye-stanki-chpu/ сможет вам помочь. Вы сможете подобрать нужные технические характеристики, при этом продукция имеет оптимальную стоимость. Рассмотрим основные особенности токарных станков с ЧПУ, преимущества и минусы применения.

Преимущества эксплуатации

Современные представленные установки имеют массу положительных сторон, к которым можно отнести:

• Автоматизация процесса обработки. Для того, чтобы провести токарный процесс практически не требуется ручной работы. При этом продукция имеет высокое качество. Все, что требуется от человека – это подготовительно-заключительные операции;
• Производственная гибкость. Обратите внимание, что обработка следующей детали требует всего лишь изменения программы. При этом старая программа остается в памяти и может быть повторно использована;
• Качество и время обработки деталей. Стоит отметить, что качество обработанной продукции очень большое, по сравнению с ручной работой. На качество и надежность продукции может повлиять усталость станочника, плохое состояние здоровья;
• Есть возможность распланировать производственный процесс, так как на обработку определенного элемента отводится точное время для работы.

Некоторые негативные стороны применения

Главный минус токарного станка с ЧПУ – это высокая стоимость оборудования. Поэтому не каждое предприятие сможет его себе позволить. Также на обслуживание требуется довольно много средств. Но, как показывает практика, качество, надежность созданной работы перекрывает и окупает данные растраты на токарный станок с ЧПУ. Точность обработки сможет качественно наладить производственный процесс.

Наряду с обрабатывающими центрами, станки с числовым программным управлением относятся к одной из наиболее функциональных разновидностей обрабатывающего оборудования. Техника обладает массой неоспоримых преимуществ, о которых мы подробно расскажем в данной статье.

Общее описание станков с ЧПУ

Станок данного типа представляет собой высокоточную компьютеризированную систему, способную в автоматическом режиме контролировать работу приводов технологического оборудования. Основным отличием от других станков с высокой степенью автоматизации является возможность работы в соответствии с заранее заложенной программой. Программа вводится в контроллер оператором. При необходимости данные могут быть отредактированы при помощи компьютера, входящего в состав станка с ЧПУ. Современные станки не требуют от оператора глубокого знания языков и поддерживают визуальное программирование.

Оборудование состоит из следующих элементов:

• пульт, с помощью которого оператор вводит команды;
• дисплей, расположенный в непосредственной близости от пульта и позволяющий осуществлять визуальный контроль за ходом программирования и работы;
• микропроцессорный контроллер, снабженный собственным программным обеспечением для выполнения расчетов, связанных с перемещением рабочего инструмента и работой электронных компонентов;
• модули оперативной и долговременной памяти, позволяющей хранить настройки и программы, используемые при работе.

Отдельного упоминания заслуживает программное обеспечение. Применяемое в станках ПО основано на специализированных языках, описывающих координаты перемещения заготовки и рабочего инструмента в процессе обработки, а также срабатывание дополнительных систем (например, охлаждения). Программы могут копироваться, редактироваться и неограниченно долго храниться в долговременной памяти.

Преимущества фрезерных станков с ЧПУ

• Значительное сокращение трудозатрат. Как показывает практика, экономия при замене классических фрезерных станков на программируемые модели может в некоторых случаях достигать 80 %.
• Повышение точности обработки. Способность станков минимизировать погрешность при обработке в несколько раз уменьшает количество доводочных операций.
• Отсутствие необходимости в высококвалифицированных рабочих-станочниках, обучение которых требует большого количества ресурсов.
• Обширные возможности по автоматизации производства для оптимизации и сокращения технологического цикла.

Говоря о преимуществах фрезерных станков, оснащенных системами числового программного управления, необходимо также отметить возможность добиться высочайшей повторяемости операций, позволяющей получать продукцию с хорошо известными характеристиками. Применение оборудования с ЧПУ снижает нагрузку на операторов – при выполнении большинства рабочих операций отсутствует необходимость в постоянном контроле. Наконец, программируемые станки, подобно обрабатывающим центрам, обладают большой гибкостью и дают возможность выполнять целый ряд операций, необходимых при обработке деталей сложной и нестандартной формы.

Приобретая фрезерный или другой станок с ЧПУ, следует учитывать высокую стоимость содержания оборудования. Адекватное техобслуживание требует привлечения специалистов высокой квалификации, обладающих навыками работы с конкретной моделью. Рациональность оснащения производства программируемыми станками определяется целым рядом факторов, основной среди которых – степень загрузки оборудования.

ЧПУ - числовое программное обеспечение позволяет осуществлять процесс изготовления деталей на всевозможных промышленных станках в автоматическом режиме. Кроме того, программное обеспечение ведёт непрестанный контроль над каждой производственной фазой - оператору таких станков остаётся только вовремя менять заготовку, проверять параметры готовой детали и при необходимости вносить в работу программы коррективы.

Как правило, станки с ЧПУ используются в серийном и массовом производстве однотипных деталей. Программным обеспечением могут оснащаться практически все виды станочного оборудования - его устанавливают на токарные станки, фрезерные, шлифовальные, прессы, металлорежущие станки и даже заточные.

На предприятиях ЧПУ позволяет добиться массы преимуществ в выпуске продукции:

• Во-первых, скорость производства деталей увеличивается чуть ли ни вдвое. Достигается это за счёт обработки детали с одной или двух установок. Кроме того, сокращается время на смену инструмента - как правило, станки с ЧПУ оборудуются автоматической револьверной головкой, которая в процессе работы может менять режущий инструмент. Такая обойма инструмента может вместить в себя до 12 инструментов различного назначения.
• Во-вторых, точность обработки деталей. Компьютерное управление станком максимально исключает негативные последствия от вмешательства в процесс обработки человеческого фактора. Обработка деталей на станках с ЧПУ выполняется с точностью до микрон.
• В-третьих, чистота обработки. Гидравлический привод под чётким контролем программного обеспечения станка движется с заданной скоростью настолько плавно, что при определённых настройках законченная деталь выглядит как полированная.
• В-четвёртых, на станках с ЧПУ возможна быстрая обработка деталей сложной конфигурации. Станок методично, шаг за шагом, отрабатывает каждый пункт введённой в него программы - преградой на пути к достижению цели может стать только испорченный инструмент или внезапно пропавшее электричество.
• В-пятых, станки с ЧПУ дают возможность задействовать в производстве меньшее количество людей. Нормальным подходом к автоматизированному производству считается обслуживание одним оператором от двух до четырёх станков - всё зависит от длительности обработки детали. Если полный цикл обработки изделия длится в течение 10-15 минут, то оператор вполне в состоянии обслуживать 2-3 станка.

Но наиболее значительным преимуществом станков с ЧПУ является возможность объединения их в сложный производственный конвейер, который за счёт использования станков разного назначения позволяет наладить производство сложных изделий от начала и до конца.

Основными показателями эффективности современного промышленного предприятия являются его конкурентоспособность и рентабельность. Промышленное предприятие должно выпускать качественную продукцию, чтобы успешно существовать на рынке. Качество продукцию, в свою очередь, будет зависеть от того, насколько хорошее оборудование используется во время производства. В рамках современной масштабной промышленности уже редко используются узкоспециализированные станки. Предпочтение отдается аппаратам, которые вмещают в себя функции нескольких узкоспециализированных станков, имеют большую производительность и рентабельность. Современные токарные станки по металлу с ЧПУ относятся к этой категории, благодаря чему нашли широкое применение в металлургической и строительной промышленностях.

Специфика токарно-фрезерных станков по металлу с ЧПУ

Токарно-фрезерные станки с применением ЧПУ заменили собой несколько станков, среди которых токарные и фрезерные. Аппараты позволяют выполнять большой спектр работ на одном рабочем месте без необходимости перемещения заготовки между станками. Современные токарно-фрезерные станки заменили устаревшее оборудование, которое имело малую эффективность и низкие показатели эргономики. Оборудование этого класса выделяют промышленного и кустарного (бытового) масштаба. Для промышленных целей создаются станки, которые имеют высокую мощность и производительность. Их отличает качественность и скорость проведения работ. Бытовые модели имеют компактные размеры, меньшую производительность и мощность.

Преимущества токарно-фрезерного оборудования с ЧПУ

Универсальное токарно-фрезерное оборудование с ЧПУ обладает множеством положительных сторон, среди которых следует выделить следующие:

Основная функция любого оборудования с ЧПУ – автоматиче- ское и точное управление движением рабочих органов. Любой станок с ЧПУ имеет два или более направления для движения, которые на- зываются осями. Причем движение по этим осям осуществляется точно и автоматически.

У всех станков используются две линейные оси, движение по которым осуществляется по прямому пути, и оси вращения, движе- ние по которым выполняется по кругу. На универсальном станке движение заготовки детали или инструмента порождается путем руч- ных операций, выполняемых станочником (например, вращением ру- кояток).

Вместо этого станки с ЧПУ оснащены сервомоторами, которые приводятся в действие системой ЧПУ, а та, в свою очередь, в точно- сти исполняет команды управляющей программы. Обобщая, можно сказать, что тип движения (ускоренный, линейный или круговой), оси перемещений, величина и скорость перемещения программируются во всех типах систем с ЧПУ.

Система ЧПУ, исполняя команды управляющей программы, по- сылает точное количество импульсов шаговому двигателю. Его вра- щение передается оси, с которой связан рабочий стол. Стол линейно перемещается. Устройство обратной связи, расположенное в проти- воположном конце оси, позволяет системе ЧПУ подсчитать, на сколько градусов повернулась ось, т. е. какое число импульсов реаль- но отработал шаговый двигатель.

Можно найти довольно грубую аналогию этому процессу. Вспомним о верстаке. Вращая ручку тисков, вы на самом деле вра- щаете и ось, которая в свою очередь раздвигает или сдвигает губки на тисках. По сравнению с верстаком линейные перемещения на станке с ЧПУ очень точные. Каждому вращению шагового электродвигателя точно соответствует линейное перемещение стола.

В условиях нормальной эксплуатации один станок с ЧПУ по- зволяет заменить от 2 до 6 единиц универсального оборудования, кроме того, значительно сокращается срок подготовки производства и длительность цикла изготовления продукции, возрастает гибкость.

Экономическая целесообразность использования станков с ЧПУ оправдывается, как правило, при обработке заготовок партиями от 15 шт. С целью увеличения эффективности использования дорого- стоящих станков с ЧПУ, особенно обрабатывающих центров (ОЦ), рекомендуется их эксплуатировать в режиме двух- и трёхсменной ра- боты.

Первое преимущество использования станков с ЧПУ заключает- ся в более высоком уровне автоматизации. Случаи вмешательства станочника или оператора в процесс изготовления детали могут быть исключены или сведены к минимуму. Большинство станков с ЧПУ могут работать абсолютно автономно в течение всего процесса обра- ботки заготовки детали, поэтому оператор-станочник может выпол- нять другие задачи. Предприятия, применяющие ЧПУ, получают до- полнительные преимущества: уменьшение числа ошибок оператора- станочника, а также предсказуемость времени обработки и более полная загрузка оборудования. Поскольку станок будет управляться при помощи программы, квалификация оператора станка с ЧПУ мо- жет быть значительно ниже по сравнению с образованием станочни- ка, работающего на универсальном оборудовании.

Второе преимущество использования технологии ЧПУ заключа- ется в более точном изготовлении детали. Сегодня производители станков с ЧПУ говорят о высочайшей точности и надежности обору- дования. Это означает, что однажды отлаженная управляющая про- грамма может быть использована на станке с ЧПУ для производства двух, десяти или тысячи абсолютно идентичных деталей, причем при полном соблюдении требований к точности и взаимозаменяемости.

Третьим преимуществом применения любого оборудования с ЧПУ является гибкость. На оборудовании с программным управлени- ем изготовление разных деталей сводится к простой замене управ- ляющей программы. Проверенная управляющая программа может быть использована любое число раз и через любые промежутки вре- мени. Это также является еще одним преимуществом, а именно, воз- можностью быстрой переналадки оборудования.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВ С ЧПУ

Основными техническими характеристиками являются следую- щие :

1. Класс точности . Обозначается следующими буквами: П- повышенной точности; В-высокой точности; А-особо высокой точности, С-особо точные (прецизионные). По каждому классу точ- ности и группе станков нормируется допустимая величина погрешно- сти.

2. Вид устройства ЧПУ (УЧПУ) обозначается индексами, вхо- дящими в наименование модели станка: Ф1 – станки с цифровой ин- дикацией (в том числе с предварительным набором координат); Ф2 – станки с позиционными и прямоугольными системами управления; Ф3 – станки с контурными прямолинейными и криволинейными сис- темами управления; Ф4 – станки с универсальной системой управле- ния для позиционно-контурной обработки; Ц – станки с цикловым программным управлением.

3. Основные параметры станка : наибольший диаметр обраба- тываемого изделия (для токарных станков); наибольший диаметр сверления, (для сверлильных станков); диаметр расточного шпинделя (для расточных станков); ширина стола (для фрезерных станков) и т. д.

4. Наличие инструментального магазина .

5. Наличие устройства автоматической загрузки заготовок .

6. Габарит станка и его масса .

7.Число управляемых координат и число одновременно управ- ляемых координат .

Число одновременно управляемых координат определяет траек- торию движения инструмента относительно заготовки.

При сложной обработке на фрезерных, токарных и многоцеле- вых станках используют УЧПУ с непрерывным (контурным) управ- лением одновременно по нескольким координатам. Существуют УЧПУ с управлением одновременно по трем, четырем и пяти коор- динатам. Последние используются в станках со сложной траекторией инструмента. В токарных станках обычно применяются УЧПУ с од-

новременным управлением по двум координатам, а в токарно- револьверных и токарно-карусельных – по трем координатам.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ СТАНКОВ С ЧПУ

Станки с ЧПУ требуют высокой точности исполнения команд на перемещения (1-2 мкм для большинства станков).

Для прецизионной обработки на станках с ЧПУ необходима вы- сокая точность изготовления всех его деталей, узлов и станка в це- лом. Точность станка определяется точностью изготовления его дета- лей и узлов (особенно направляющих корпусных деталей, несущих инструмент и заготовку), точностью изготовления приводов меха- низмов, качеством сборки станка, жесткостью его элементов, зазора- ми в сопрягаемых деталях, условиями трения в направляющих при перемещении рабочих органов и др. Жесткость шпинделя и других ответственных узлов станка должна превосходить жесткость анало- гичных узлов, предназначенных для традиционных станков.

При трогании с места исполнительный орган начинает движение не одновременно с действием управляющего сигнала, а только после того, как будут выбраны зазоры в передачах, произойдет некоторая деформация элементов, а усилие, воздействующее на управляемый орган, превзойдет сопротивление сил трения и сил резания. Действие указанных факторов особенно важно учитывать при конструировании ходовых винтов - последних звеньев передач к исполнительным ор- ганам большинства металлорежущих станков с ЧПУ. Именно поэто- му в станках с ЧПУ используют шарико-винтовые пары, отличаю- щиеся высокими точностью, износостойкостью и жесткостью благо- даря применению гаек с предварительным натягом и большему диа- метру ходового винта. Последний жестко крепится в осевом направ- лении, для чего используют упорные подшипники с предваритель- ным натягом.

В станках с ЧПУ, по сравнению с традиционными станками, ки- нематические цепи, передающие движение от двигателя к исполни- тельному механизму, значительно короче благодаря применению ав- тономных приводов для всех рабочих движений. Коробка скоростей

токарного станка имеет жесткий шпиндель с широким диапазоном частоты вращения. Эти конструктивные особенности позволяют зна- чительно увеличить статическую и динамическую жесткость приво- да.

Станки с ЧПУ оснащаются направляющими качения, обеспечи- вающими высокую точность перемещений исполнительных механиз- мов, а также беззазорными механическими передачами.

Точность перемещения рабочих органов в большой степени за- висит от точности срабатывания по времени механизмов останова: электромагнитных муфт, электродвигателей, тормозных устройств. Для уменьшения времени торможения и пуска конструкторы стре- мятся уменьшить маховые массы вращающихся деталей и электроме- ханическую постоянную времени привода.

Дискретность (цена импульса) - это перемещение механизма, соответствующее одному импульсу управляющей программы. Дис- кретность перемещения определяет значение ошибки, обусловленной представлением траектории движения в цифровой форме. Чтобы сни- зить эту погрешность, целесообразно уменьшить дискретность. Од- нако это приводит к увеличению управляющей частоты для обеспе- чения требуемой скорости перемещения. При возрастании частоты усложняются УЧПУ, привод подач и измерительные преобразователи обратной связи. Кроме того, снижение дискретности не везде являет- ся оправданным, так как система станок - деталь может вносить су- щественно большие погрешности. Исходя из требований точности и производительности в станках фрезерной и сверлильной групп в большинстве случаев принимается дискретность 10 мкм, для много- целевых, координатно-расточных, шлифовальных, электроэрозион- ных вырезных станков 0,5-1 мкм. В токарных и фрезерных станках повышенной точности дискретность не должна превышать 1 мкм.

Основные требования, которые должны быть выполнены при проектировании станков с ЧПУ, представлены на рис 1.2.