Числове керування верстатом - це комп'ютерний контроль та запрограмована обробка деталей. Фахівець задає параметри роботи верстатів, а програма забезпечує максимальну точність та суворий алгоритм виробничого процесу. Верстат з ЧПУ може «запам'ятовувати» та дотримуватись вимог ГОСТу, виконувати 3D друк або працювати за конкретними цифровими кресленнями. Коли з'явився перший токарний верстат, невідомо. Але на давньоєгипетських фресках, датованих 1300 роком до нашої ери, зображено процес обробки дерев'яних деталей за допомогою токарного обладнання. У Китаї токарні верстати не просто використовувалися 2,5 тисячі років тому, а використовувалися у широких промислових масштабах для обробки різних матеріалів. Фрезерні верстати незрівнянно молодші. У 1930-х роках вони лише розпочинали свою промислову кар'єру. Але у всіх цих пристроях, безумовно, програмування видалося б фантастикою. Примітивний ткацький верстат із двійковим кодом з'явився 1804 року. Тоді це були лише спроби створити небачене обладнання, і особливих успіхів не вдалося досягти нікому. Але після Другої світової війни у США розробки перейшли на серйозний рівень, інженери створили верстат з електронним управлінням для випуску гелікоптерів. Повноцінні верстати CNC відомі з 1952 року, але патент на інтелектуальне обладнання отримано лише 1958-го. А на початку 1960-х років ця технологія почала «розкручуватися» і в СРСР. В основі сучасних робіт з ЧПУ лежить мова програмування G-code. Результат його використання: Верстати цього типу можуть працювати з різними матеріалами, включаючи дерево, оргскло та пластик. Але 90% завдань - це обробка металу. Технології з програмним управлінням застосовуються практично у всіх сферах сучасної промисловості для створення різних пристроїв – від гвинтових компресорів до космічної техніки. Робота відбувається автоматично, без постійної участі людини. Але для цього оператор має ввести всі команди та детальну інформацію про заготівлю.Що таке ЧПУ
Функціональні вузли верстатів з ЧПУ
Верстати ЧПУ не працюють з паперовими кресленнями - їм потрібна цифрова модель з чіткою прив'язкою до осей.
Пристрій CNC включає три складові:
Для введення програми та необхідної інформації в перших моделях застосовували перфострічку та магнітні носії. Наразі використовуються три варіанти:
- Флеш-пам'ять.
- ПЛК - програмований логічний контролер.
- ПК (через порт RS-232-С).
Високотехнологічні верстати останніх моделей оснащені сенсорним дисплеєм.
Введена інформація надсилається до БУС – блок управління. Верстат може контролювати заготівлю, орієнтуючись на точки та осі, які точно відображають усі необхідні координати:
- розміщення та розміри деталі;
- становище та зміщення робочого столу;
- позиції інструменту.
Осі деталі позначені літерами X та Y, для координат шпинделя використовується літера Z.
БУС формує команди та відправляє їх на підсилювач. Потім вони передаються на серводвигуни, гідравлічні клапани та інші пристрої. Датчики фіксують положення осей і направляють координати БУС для звірки із заданими значеннями.
Що являє собою керування верстата-робота
- Програма обробки виробів — це закодовані інструкції, у яких укладено алгоритм виготовлення деталі. Програма керує рухом інструментів, включенням та вимкненням допоміжних функцій.
- Пристрій для введення даних.
- Блок керування, за допомогою якого відбувається читання та розшифрування коду інструкції (що складається із символів, цифр та літер).
- Передача команд на механізм, що діє, з точним вказівкою координат по осях.
- Підключення додаткових завдань — це в першу чергу важливо для миттєвої зміни інструменту або подачі охолодження.
- Привід - схема залежить від конкретного призначення верстата (токарний, фрезерний, інше).
- Система зворотного зв'язку для моніторингу та коригування завдань.
Перелік функціональних вузлів залежить від призначення верстата та його конструкції: серед обладнання ЧПУ є і компактні пристрої, і важке портальне обладнання.
Але можна позначити вузли, загальні всім типів верстатів:
Позиціонування та фіксація заготівлі за заданими у програмі координатами.
Має вібростійкість, щоб гасити коливання.
Переміщення заготовки осями координат.
Рейкові напрямні та ходові гвинти.
Автоматична установка та затискач інструменту.
Вал із фіксуючими елементами.
Система зворотного зв'язку
Моніторинг та корекція швидкості обробки та параметрів заготівлі.
Контролює дані від датчиків та порівнює їх із закладеним алгоритмом.
Введення програми з носія чи ПК, запуск допоміжних робочих процесів.
Дисплей, клавіатура, пам'ять, пристрій введення даних та контролер.
Зберігання змінного інструменту.
Переміщається із супортом.
Класифікація
Принцип роботи будь-якого верстата, що програмується, — комп'ютер керує обробним інструментом і керує заготівлею.Програми дозволяють створити тривимірне бачення деталі, з якою доведеться працювати. Класифікація закладена у стандартному маркуванні обладнання.
За якими параметрами можна класифікувати типи верстатів ЧПУ:
За технологічними операціями
Найбільш затребувані типи - фрезерні та токарні верстати. Існують і більш спеціалізовані моделі - для глибокого свердління, нарізки, розрізні, а також з цілим набором функцій. Розробки останніх років — для плазмового та лазерного різання металу. Рідше використовується обладнання для ультразвукової обробки, водоструминне, фотохімічне та електронно-променеве. Технологія, що використовується в УЗ-верстатах, дозволяє збільшити вібрацію ріжучого інструменту — у результаті сила різання знижується на третину (близько 33%).
За розташуванням осі шпинделя
Не тільки автоматичні ЧПУ верстати, а й напівавтомати, за розташуванням шпинделя поділяються на горизонтальні та вертикальні.
За точністю обробки
- нормальна;
- підвищена;
- висока;
- особливо висока;
- майстер-верстати.
За кількістю контрольованих координат
Чотирьох- та п'яти-осьові верстати – це можливість використовувати додатково 1 або 2 координати для виконання найбільш складних завдань. Двох- і трьох-осьові справляються з більш простою обробкою деталей.
За наявності зворотного зв'язку
Розрізняють розімкнені та замкнуті системи ЧПУ.
За способом завдання інформації верстати бувають:
За типом системи управління
За цим принципом розрізняють системи:
- Позиційні.
- Контурні.
- Універсальні (комбіновані).
- З цифровою індикацією.
У маркуванні верстатів ця характеристика позначається літерою «Ф» та числовим індексом.
Де застосовують верстати з ЧПУ
Завдання верстатів з ЧПУ різноманітні - від лазерного різання до гравіювання.На сьогоднішній день у світі налічується понад 7 мільярдів смартфонів – і основна частина їх компонентів немислима без ЧПУ – не лише внутрішня електроніка, а й скло дисплея.
В яких сферах неможливо обійтися без верстатів-роботів:
Охорона здоров'я – медичний інструмент, кардіостимулятори, кісткові гвинти та пластини.
Енергетика – від гідрогенераторів до поршнів, від втулок до лопаток турбін.
Автомобілебудування: коробки, газові датчики, деталі двигуна. Але в цій галузі промисловості потрібна обробка не тільки металевих, а й пластикових заготовок.
Аерокосмічна галузь - вона розвивалася паралельно з новими технологіями ЧПУ, і без високоточної обробки неможливо створити більшу частину обладнання.
Суднобудування — верстати-роботи допомагають створювати не лише каркасні та палубні конструкції, а й більшість допоміжних компонентів, включаючи камбузні стільниці.
Меблеве виробництво – починаючи від серійних завдань та закінчуючи виготовленням ексклюзивних елементів.
Рекламна справа - розкрий пластику, оргскла, виготовлення логотипів та окремих букв, гравіювання.
Металообробка - робота із заготовками будь-якої форми, нанесення різьблення та виконання складних отворів.
Електроніка - досить згадати друковані плати та напівпровідники. Але й безліч інших завдань у цій промисловості, що постійно розвивається, неможливо виконати без високої точності — навіть виготовити корпус.
Окремо від загальних завдань охорони здоров'я варто згадати стоматологію – на верстатах ЧПУ роблять зубні протези, коронки, мости та навіть ортодонтичні ложечки.
Переваги верстатів з ЧПУ
Робот-верстат забезпечує автономну безперебійну роботу, точно дотримуючись заданих параметрів.Які можливості надає використання інтелектуального обладнання?
- Точність, яку складно чи неможливо отримати на звичайному устаткуванні.
- Виготовлення за однією програмою нескінченної множини деталей з однаковими параметрами та стабільним рівнем якості.
- Один кваліфікований робітник без проблем справляється з кількома верстатами.
- Універсальність — достатньо змінити програму, і той же верстат починає випускати абсолютно інші деталі.
- Висока швидкість роботи.
- Відсутність бракованих виробів.
- Мінімум відходів матеріалу.
- Цілодобове використання верстатів.
- Можливість роботи з різними матеріалами.
- Автоматизовані верстати легко справляються з обробкою твердих матеріалів.
Правильно поставивши цифрову модель, ми отримуємо на верстаті-роботі складні деталі будь-якої конфігурації. І головне — абсолютна прогнозованість: можна планувати виробництво, бо кожна операція займає точний час, жодних збоїв і відхилень.
Мінуси верстатів-роботів
До недоліків верстатів ЧПУ належать дві вимоги: придбати їх можна лише за досить високими розцінками, а керувати роботом може лише кваліфікований фахівець. Витрати на верстат-робот окупаються завдяки можливості швидко та якісно створювати деталі складної конфігурації великим потоком, а за необхідності без зайвих витрат перебудуватись на інше завдання.
Але програма має складатися кваліфіковано: з урахуванням як виробничих завдань, а й усіх характеристик оброблюваного матеріалу.
Професіонал зможе налагодити та підтримувати роботу кількох верстатів, виконуючи стандартні завдання:
- готує пристрій до роботи;
- встановлює та знімає деталі;
- налагоджує інструмент.
Щоб перейти до виготовлення інших виробів, оператор повинен просто внести корективи до верстата. Спочатку неправильні дані в пам'яті CNC - це шлюб не однієї-двох деталей, а цілої партії.
Отримавши цифрове завдання, верстат готовий з високою точністю виконувати ідентичні за всіма параметрами деталі. За якісної програми гарантовано безперервний випуск виробів з однаковою формою та розмірами — на заданому рівні якості.
Виготовлення невеликої партії нестандартних деталей на звичайних верстатах як мінімум дуже дороге, як максимум просто неможливо. А для верстата ЧПУ таке завдання – це лише необхідність підібрати та запустити відповідну програму. Перший етап роботи над складними виробами – розробка проекту та створення цифрової моделі деталі.
Оператор ЧПУ: що це за професія
У машинобудуванні спеціаліста зі верстатів-робот називають «матрьошка»: для налагодження виробництва та виконання всіх операцій йому доводиться поєднувати цілий набір різних спеціальностей.
Що має вміти оператор:
- Швидко та грамотно читати креслення, надані інженером-конструктором.
- На основі отриманого завдання вводити інформацію в програму — вказати параметри майбутнього виробу.
- Підібрати потрібні інструменти для обробки деталей та встановити їх у блок.
- Налагодити механізми та вузли верстата.
- За допомогою спецмеханізмів встановити деталі.
- Скласти алгоритм – вказати послідовність технологічних операцій.
А в процесі роботи з'являються й інші завдання:
- переналагодити верстат на іншу операцію;
- замінити різальний інструмент (різці, фрези, свердла);
- контролювати робочий процес;
- приймати готові деталі;
- перевіряти якість виробів.
Є ще один важливий етап після внесення коду — тестування. Оператор виконує пробне завдання, щоб переконатися у точності дотримання параметрів, а й швидкості, з якою верстат виконує обробку деталі.
Насправді оператор додатково веде письмовий облік виготовленої продукції. Конкретний перелік технологічних операцій залежить від галузі виробництва, але можна виділити найпоширеніші завдання для оператора ЧПУ:
- механічна токарна обробка;
- фрезерування;
- свердління;
- шліфування.
Оскільки основні переваги верстатів з ЧПУ — це висока точність і швидкість, то такими ж якостями повинен мати і їхній керівник: оператору крім знань знадобиться швидкість реакції, тривала концентрація уваги і хороший окомір.
Що таке ЧПУ
Числове керування верстатом - це комп'ютерний контроль та запрограмована обробка деталей. Фахівець задає параметри роботи верстатів, а програма забезпечує максимальну точність та суворий алгоритм виробничого процесу. Верстат з ЧПУ може «запам'ятовувати» та дотримуватись вимог ГОСТу, виконувати 3D друк або працювати за конкретними цифровими кресленнями.
Коли з'явився перший токарний верстат, невідомо. Але на давньоєгипетських фресках, датованих 1300 роком до нашої ери, зображено процес обробки дерев'яних деталей за допомогою токарного обладнання. У Китаї токарні верстати не просто використовувалися 2,5 тисячі років тому, а використовувалися у широких промислових масштабах для обробки різних матеріалів.
Фрезерні верстати незрівнянно молодші. У 1930-х роках вони лише розпочинали свою промислову кар'єру.Але у всіх цих пристроях, безумовно, програмування видалося б фантастикою.
Примітивний ткацький верстат із двійковим кодом з'явився 1804 року. Тоді це були лише спроби створити небачене обладнання, і особливих успіхів не вдалося досягти нікому. Але після Другої світової війни у США розробки перейшли на серйозний рівень, інженери створили верстат з електронним управлінням для випуску гелікоптерів. Повноцінні верстати CNC відомі з 1952 року, але патент на інтелектуальне обладнання отримано лише 1958-го. А на початку 1960-х років ця технологія почала «розкручуватися» і в СРСР.
В основі сучасних робіт з ЧПУ лежить мова програмування G-code. Результат його використання:
- максимальна автоматизація;
- мінімальна участь з боку оператора;
- абсолютна точність виконання команд;
- можливість швидко змінювати параметри виробів;
- забезпечення безперервного робочого процесу.
Верстати цього типу можуть працювати з різними матеріалами, включаючи дерево, оргскло та пластик. Але 90% завдань - це обробка металу. Технології з програмним управлінням застосовуються практично у всіх сферах сучасної промисловості для створення різних пристроїв – від гвинтових компресорів до космічної техніки.
Функціональні вузли верстатів з ЧПУ
Робота відбувається автоматично, без постійної участі людини. Але для цього оператор має ввести всі команди та детальну інформацію про заготівлю.
Верстати ЧПУ не працюють з паперовими кресленнями - їм потрібна цифрова модель з чіткою прив'язкою до осей.
Пристрій CNC включає три складові:
Для введення програми та необхідної інформації в перших моделях застосовували перфострічку та магнітні носії.Наразі використовуються три варіанти:
- Флеш-пам'ять.
- ПЛК - програмований логічний контролер.
- ПК (через порт RS-232-С).
Високотехнологічні верстати останніх моделей оснащені сенсорним дисплеєм.
Введена інформація надсилається до БУС – блок управління. Верстат може контролювати заготівлю, орієнтуючись на точки та осі, які точно відображають усі необхідні координати:
- розміщення та розміри деталі;
- становище та зміщення робочого столу;
- позиції інструменту.
Осі деталі позначені літерами X та Y, для координат шпинделя використовується літера Z.
БУС формує команди та відправляє їх на підсилювач. Потім вони передаються на серводвигуни, гідравлічні клапани та інші пристрої. Датчики фіксують положення осей і направляють координати БУС для звірки із заданими значеннями.
Що являє собою керування верстата-робота
- Програма обробки виробів — це закодовані інструкції, у яких укладено алгоритм виготовлення деталі. Програма керує рухом інструментів, включенням та вимкненням допоміжних функцій.
- Пристрій для введення даних.
- Блок керування, за допомогою якого відбувається читання та розшифрування коду інструкції (що складається із символів, цифр та літер).
- Передача команд на механізм, що діє, з точним вказівкою координат по осях.
- Підключення додаткових завдань — це в першу чергу важливо для миттєвої зміни інструменту або подачі охолодження.
- Привід - схема залежить від конкретного призначення верстата (токарний, фрезерний, інше).
- Система зворотного зв'язку для моніторингу та коригування завдань.
Перелік функціональних вузлів залежить від призначення верстата та його конструкції: серед обладнання ЧПУ є і компактні пристрої, і важке портальне обладнання.
Але можна позначити вузли, загальні всім типів верстатів:
Позиціонування та фіксація заготівлі за заданими у програмі координатами.
Має вібростійкість, щоб гасити коливання.
Переміщення заготовки осями координат.
Рейкові напрямні та ходові гвинти.
Автоматична установка та затискач інструменту.
Вал із фіксуючими елементами.
Система зворотного зв'язку
Моніторинг та корекція швидкості обробки та параметрів заготівлі.
Контролює дані від датчиків та порівнює їх із закладеним алгоритмом.
Введення програми з носія чи ПК, запуск допоміжних робочих процесів.
Дисплей, клавіатура, пам'ять, пристрій введення даних та контролер.
Зберігання змінного інструменту.
Переміщається із супортом.
Класифікація
Принцип роботи будь-якого верстата, що програмується, — комп'ютер керує обробним інструментом і керує заготівлею. Програми дозволяють створити тривимірне бачення деталі, з якою доведеться працювати. Класифікація закладена у стандартному маркуванні обладнання.
За якими параметрами можна класифікувати типи верстатів ЧПУ:
За технологічними операціями
Найбільш затребувані типи - фрезерні та токарні верстати. Існують і більш спеціалізовані моделі - для глибокого свердління, нарізки, розрізні, а також з цілим набором функцій. Розробки останніх років — для плазмового та лазерного різання металу. Рідше використовується обладнання для ультразвукової обробки, водоструминне, фотохімічне та електронно-променеве. Технологія, що використовується в УЗ-верстатах, дозволяє збільшити вібрацію ріжучого інструменту — у результаті сила різання знижується на третину (близько 33%).
За розташуванням осі шпинделя
Не тільки автоматичні ЧПУ верстати, а й напівавтомати, за розташуванням шпинделя поділяються на горизонтальні та вертикальні.
За точністю обробки
- нормальна;
- підвищена;
- висока;
- особливо висока;
- майстер-верстати.
За кількістю контрольованих координат
Чотирьох- та п'яти-осьові верстати – це можливість використовувати додатково 1 або 2 координати для виконання найбільш складних завдань. Двох- і трьох-осьові справляються з більш простою обробкою деталей.
За наявності зворотного зв'язку
Розрізняють розімкнені та замкнуті системи ЧПУ.
За способом завдання інформації верстати бувають:
За типом системи управління
За цим принципом розрізняють системи:
- Позиційні.
- Контурні.
- Універсальні (комбіновані).
- З цифровою індикацією.
У маркуванні верстатів ця характеристика позначається літерою «Ф» та числовим індексом.
Де застосовують верстати з ЧПУ
Завдання верстатів з ЧПУ різноманітні - від лазерного різання до гравіювання. На сьогоднішній день у світі налічується понад 7 мільярдів смартфонів – і основна частина їх компонентів немислима без ЧПУ – не лише внутрішня електроніка, а й скло дисплея.
В яких сферах неможливо обійтися без верстатів-роботів:
Охорона здоров'я – медичний інструмент, кардіостимулятори, кісткові гвинти та пластини.
Енергетика – від гідрогенераторів до поршнів, від втулок до лопаток турбін.
Автомобілебудування: коробки, газові датчики, деталі двигуна. Але в цій галузі промисловості потрібна обробка не тільки металевих, а й пластикових заготовок.
Аерокосмічна галузь - вона розвивалася паралельно з новими технологіями ЧПУ, і без високоточної обробки неможливо створити більшу частину обладнання.
Суднобудування — верстати-роботи допомагають створювати не лише каркасні та палубні конструкції, а й більшість допоміжних компонентів, включаючи камбузні стільниці.
Меблеве виробництво – починаючи від серійних завдань та закінчуючи виготовленням ексклюзивних елементів.
Рекламна справа - розкрий пластику, оргскла, виготовлення логотипів та окремих букв, гравіювання.
Металообробка - робота із заготовками будь-якої форми, нанесення різьблення та виконання складних отворів.
Електроніка - досить згадати друковані плати та напівпровідники. Але й безліч інших завдань у цій промисловості, що постійно розвивається, неможливо виконати без високої точності — навіть виготовити корпус.
Окремо від загальних завдань охорони здоров'я варто згадати стоматологію – на верстатах ЧПУ роблять зубні протези, коронки, мости та навіть ортодонтичні ложечки.
Переваги верстатів з ЧПУ
Робот-верстат забезпечує автономну безперебійну роботу, точно дотримуючись заданих параметрів. Які можливості надає використання інтелектуального обладнання?
- Точність, яку складно чи неможливо отримати на звичайному устаткуванні.
- Виготовлення за однією програмою нескінченної множини деталей з однаковими параметрами та стабільним рівнем якості.
- Один кваліфікований робітник без проблем справляється з кількома верстатами.
- Універсальність — достатньо змінити програму, і той же верстат починає випускати абсолютно інші деталі.
- Висока швидкість роботи.
- Відсутність бракованих виробів.
- Мінімум відходів матеріалу.
- Цілодобове використання верстатів.
- Можливість роботи з різними матеріалами.
- Автоматизовані верстати легко справляються з обробкою твердих матеріалів.
Правильно поставивши цифрову модель, ми отримуємо на верстаті-роботі складні деталі будь-якої конфігурації.І головне — абсолютна прогнозованість: можна планувати виробництво, бо кожна операція займає точний час, жодних збоїв і відхилень.
Мінуси верстатів-роботів
До недоліків верстатів ЧПУ належать дві вимоги: придбати їх можна лише за досить високими розцінками, а керувати роботом може лише кваліфікований фахівець. Витрати на верстат-робот окупаються завдяки можливості швидко та якісно створювати деталі складної конфігурації великим потоком, а за необхідності без зайвих витрат перебудуватись на інше завдання.
Але програма має складатися кваліфіковано: з урахуванням як виробничих завдань, а й усіх характеристик оброблюваного матеріалу.
Професіонал зможе налагодити та підтримувати роботу кількох верстатів, виконуючи стандартні завдання:
- готує пристрій до роботи;
- встановлює та знімає деталі;
- налагоджує інструмент.
Щоб перейти до виготовлення інших виробів, оператор повинен просто внести корективи до верстата. Спочатку неправильні дані в пам'яті CNC - це шлюб не однієї-двох деталей, а цілої партії.
Отримавши цифрове завдання, верстат готовий з високою точністю виконувати ідентичні за всіма параметрами деталі. За якісної програми гарантовано безперервний випуск виробів з однаковою формою та розмірами — на заданому рівні якості.
Виготовлення невеликої партії нестандартних деталей на звичайних верстатах як мінімум дуже дороге, як максимум просто неможливо. А для верстата ЧПУ таке завдання – це лише необхідність підібрати та запустити відповідну програму. Перший етап роботи над складними виробами – розробка проекту та створення цифрової моделі деталі.
Оператор ЧПУ: що це за професія
У машинобудуванні спеціаліста зі верстатів-робот називають «матрьошка»: для налагодження виробництва та виконання всіх операцій йому доводиться поєднувати цілий набір різних спеціальностей.
Що має вміти оператор:
- Швидко та грамотно читати креслення, надані інженером-конструктором.
- На основі отриманого завдання вводити інформацію в програму — вказати параметри майбутнього виробу.
- Підібрати потрібні інструменти для обробки деталей та встановити їх у блок.
- Налагодити механізми та вузли верстата.
- За допомогою спецмеханізмів встановити деталі.
- Скласти алгоритм – вказати послідовність технологічних операцій.
А в процесі роботи з'являються й інші завдання:
- переналагодити верстат на іншу операцію;
- замінити різальний інструмент (різці, фрези, свердла);
- контролювати робочий процес;
- приймати готові деталі;
- перевіряти якість виробів.
Є ще один важливий етап після внесення коду — тестування. Оператор виконує пробне завдання, щоб переконатися у точності дотримання параметрів, а й швидкості, з якою верстат виконує обробку деталі.
Насправді оператор додатково веде письмовий облік виготовленої продукції. Конкретний перелік технологічних операцій залежить від галузі виробництва, але можна виділити найпоширеніші завдання для оператора ЧПУ:
- механічна токарна обробка;
- фрезерування;
- свердління;
- шліфування.
Оскільки основні переваги верстатів з ЧПУ — це висока точність і швидкість, то такими ж якостями повинен мати і їхній керівник: оператору крім знань знадобиться швидкість реакції, тривала концентрація уваги і хороший окомір.