Дата публикации: 03/11/2022

Внедрение в производство токарных станков систем ЧПУ существенно изменило подходы к использованию привычного оборудования. Обработка детали с точки зрения основных механических операций осталась прежней — это взаимодействие резца или фрезы с металлом. Но организация процесса кардинально поменялась за счет передачи рутинных подготовительных операций под управление автоматики. В этой статье мы в общем виде раскрываем принципы работы и возможности использования систем ЧПУ в токарно-фрезерном производстве.

Содержание

1. Станок ЧПУ по металлу: что это?

2. Принцип работы

3. Устройство станка ЧПУ по металлу

4. Виды станков ЧПУ для металлообработки

5. Токарные станки и разновидности

6. Гибочные станки по металлу

7. Раскройные станки по металлу

8. Шлифовальные станки по металлу

9. Штамповочное и прессовое оборудование

10. Спектр операций для станков ЧПУ по металлу

11. Преимущества внедрения и применения ЧПУ в металлообработке

12. Простые и сложные станки ЧПУ для производства

13. Программирование автоматического оборудования ЧПУ для металлообработки

Станок ЧПУ по металлу: что это?

Станок для металлообработки с управлением системой ЧПУ представляет собой комплекс аппаратно-программных решений, позволяющих организовать автоматизированное выполнение операций обточки, фрезерования, сверления, зенкерования, раскроя и шлифовки (доводки) заготовок. При этом основные инструменты остаются прежними — фрезы, резцы, сверла, пилы, шлифовальные диски.

Принцип работы

Принцип работы станка по металлу — это воздействие на заготовку инструмента (оснастки) с целью изменения ее формы и размеров до заданных технологическими требованиями. В токарном станке резец взаимодействует с телом вращения, которое образует закрепленная в шпинделе заготовка. Во всех остальных вращается или движется сам инструмент. Перемещения заготовки и оснастки в обычном станке полностью зависят от оператора или настроек механической части, например, подача резца фартуком с суппортом может быть механизирована.

Принцип работы станка по металлу с ЧПУ состоит в том, что все вспомогательные операции от настроек до перемещений и смены инструмента оборудование выполняет само под управлением цифрового модуля с памятью и программным обеспечением. Это существенное отличие влияет и на устройство станка, и на его производительность.

Устройство станка ЧПУ по металлу

Для работы станка по металлу в его устройство вносились конструктивные и функциональные изменения. Они затронули компоновку оборудования, так возникла необходимость обеспечить связь между программной и управляющей частью и областью обработки заготовок. В результате современные станки с ЧПУ и обрабатывающие центры (ОЦ) получили ряд узлов и систем:

• аппаратно-программный комплекс — память, устройства ввода, обработки команд и преобразования цифрового кода операций (сценариев) в сигналы для исполнения;
• группа устройств и узлов выполнения команд ЧПУ — в основном это шаговые и сервоприводы, обеспечивающие все перемещения инструмента и заготовки;
• группа приспособлений для подачи и фиксации заготовок и инструмента — шпиндели, патроны, наклонно-поворотные и поворотные столы, револьверные головки и колонны подачи в станках вертикального формата;
• узлы непосредственной обработки заготовок и смены инструмента, для которых необходимо обеспечение связи между программным звеном и механизмом для управления скоростью вращения и позиционированием оснастки;
• контрольные датчики и средства преобразования/передачи сигнала для обратной связи между программным комплексом, заготовкой и оснасткой для проверки точности выполнения задания.

Работа приводов и приспособлений позиционирования обеспечивается дополнительными источниками крутящего и толкающего момента. Вспомогательная часть станка включает системы подачи СОЖ, удаления отходов, перемещения заготовок и инструмента по производственной линии и внутри оборудования.

Виды станков ЧПУ для металлообработки

Применение систем ЧПУ для металлообработки возможно на любых типах оборудования, где важно поддерживать точность, повторяемость и ритмичность процесса. Это распространяется на все широко применяемые виды техники. 

Токарные станки и разновидности

Помимо классики токарного станка с обработкой детали резцом на суппорте, использование ЧПУ актуально для:

• токарно-карусельных и токарно-лобовых станков, где требуется высокая точность в обработке массивных деталей, эффективная управляемая подача, точное позиционирование резца при больших размерах заготовки и минимальных допусках;
• токарно-револьверных и многошпиндельных станках, в которых процесс обработки выполняется со сменой инструмента и переносом заготовки на другую позицию;
• токарно-фрезерных станках, где применяются разные инструменты от резцов до фрез и сверл с чередованием или выполнением последовательных операций;
• токарно-винторезных автоматах и резьбонакатных станках для изготовления элементов соединений от метизов до труб и муфт.

В эту категорию можно включить и станки (ОЦ) со сверлильными модулями для выборки и зенкерования отверстий, расточки, торцевания и пазования.

Гибочные станки по металлу

Система ЧПУ позволяет повысить точность и скорость работы на станках для гибки металла — листогибов, трубогибов, линиях гибки прутка и профлиста. Преимущества решений с ЧПУ в данном случае состоят в точном выдерживании угла, возможности настройки усилия гибки, выдерживания размеров и заметном ускорении операций.

Раскройные станки по металлу

Управление ЧПУ позволяет добиться высокой точности позиционирования инструмента, ровного ритма вывода пилы или лазерного излучателя на начальную точку, строгого соответствия линий и углов реза чертежу. Сказанное относится к станкам листорезам, труборезам, технике для раскроя уголка и проката.

Шлифовальные станки по металлу

Высокая точность обработки шероховатости без постоянных ручных замеров позволяет добиваться гладкости металлических поверхностей, сопряжений и торцов. Это значительно повышает ритм обработки, в том числе и за счет быстрой смены инструмента.

Штамповочное и прессовое оборудование

В этой категории ЧПУ дает возможность значительно повысить ритм работы за счет высокой скорости подачи заготовок, смены матриц. Автоматика сводит к нулю травматизм операторов штампов и прессов, связанный с выполнением монотонных ритмичных операций, где есть риск перепутать последовательность движений.

Спектр операций для станков ЧПУ по металлу

Исходя из перечисленных выше категорий оборудования, можно оценить возможности станков с ЧПУ как охватывающие все значимые процессы и операции. Заготовку можно провести через цепочку автоматического оборудования в формате станков и ОЦ, при этом автоматизация возможна на уровне транспортировки деталей конвейерами и отслеживания внутренней логистики предприятия. Отдельного упоминания заслуживают сварочные линии и автоматы с числовым программным управлением, хотя их не стоит относить металлообработке в ее функциональном понимании.

Автоматизировать в той иной степени можно все процессы от заточки и зенкерования до гибки и резки металла. Имеются автоматизированные системы для литейных производств с полностью управляемыми линиями, обеспечивающими все операции от формовки до заливки и сброса заготовки.

Разработанная в России система управления производством DPA для станков, ОЦ и автоматических (роботизированных) линий с ЧПУ организует не только последовательность операций и логистику технологического процесса. В ней заложены функции сбора данных и аналитики, онлайн контроля выполнения заданий и диагностики процесса по набору настраиваемых критериев. Это комплексное решение для объединения нескольких станков (ОЦ) на участке, в цехе, предприятии в единую масштабируемую систему функционального управления и администрирования.

Преимущества внедрения и применения ЧПУ в металлообработке

Любое производство, связанное с обработкой материалов, так или иначе сталкивается с необходимостью соблюдать стандарты точности. Кроме того, на современном уровне даже в условиях мелкосерийного производства требуется высокая повторяемость, экономия энергия. На себестоимость продукции прямо влияет темп операций, количество отходов и брака, снижение зависимости от количества и эффективности работы персонала. Именно эти задачи решаются с применением ЧПУ.

Для примера достаточно провести хронометраж работы токаря, в котором зафиксировать:

• фиксацию детали в шпинделе станка;
• установку инструмента и подводку фартука с суппортом в исходное положение;
• выставление скоростей вращения и подачи;
• остановки и перезапуски, связанные с измерением заготовки в процессе токарной обработки.

Даже простой станок с ЧПУ ускоряет эти операции в несколько раз. При этом качество обработки больше не зависит от подготовки специалиста, а контрольные замеры выполняются косвенно, за счет датчиков положения инструмента, скорости вращения шпинделя, при необходимости лазерного считывания данных о теле вращения заготовки. Последнее особо важно, так как выполнять какие-либо действия с деталью во вращении человек не должен по соображениям безопасности. Большим преимуществом можно с уверенностью назвать возможность записи нескольких шаблонов для быстрой смены процесса или порядка операций.

Простые и сложные станки ЧПУ для производства

Не стоит воспринимать это оборудование как особо сложное в эксплуатации и неоправданно дорогое для небольшого бизнеса. Примером значительного повышения эффективности может стать работа раскройного станка ЧПУ для резки металлического листа. Время и точность вывода исполнительной части станка на позицию начала резки сокращается до 5 раз в сравнении с действиями даже опытного станочника. Точность линии реза и выдерживание угла при наклонном крое значительно превышают показатели ручной настройки и ведения.

Взятый для примера вариант имеет простую систему ЧПУ с несколькими зашитыми сценариями. Для управления требуются навыки оператора, которыми можно овладеть при изучении инструкции. Такого рода оборудование вполне пригодно даже для небольшой мастерской. Станки с лазерной головкой и гравировальное оборудование с ЧПУ выпускаются для домашнего и кустарного использования.

Программирование автоматического оборудования ЧПУ
для металлообработки

Принцип программирования ЧПУ построен на выполнении сценариев, каждый из которых соответствует части или полному процессу обработки заготовки. Программная часть разделена на платформу (как в любой ОС) и исполнительные модули. При этом оператор ЧПУ может не знать особенностей кода — на дисплее ввода имеются все необходимые для задания операций иконки и подсказки. Написанием кода занимается специалист иного уровня, программист ЧПУ.

Сценарий разделяется на отдельные операции, которые в большинстве систем относятся к основным и вспомогательным (подготовительным) — G и М кодам. В программе необходимо прописать все действия машины, предусмотренные техпроцессом и ее устройством — от подачи и установки до запуска и проверки параметров обработки. Сложность кода и сценария зависит от функциональности станка (ОЦ).