Как можно заработать с помощью станка на ЧПУ управлении? Как работать на фрезерном станке по металлу с чпу.

Прежде чем понять принцип работы ЧПУ систем, для начала стоит почитать техническое описание автоматизированных систем. Подробно о принципе ЧПУ внутри статьи.

Основы числового программного управления

Для более четкого понимания всех возможных проблем, связанных с успешным применением данных, для выполнения механической обработки или резания с применением станков с ЧПУ, вам необходимо иметь представление о процессе и принципах числового программного управления. Надеемся, что этот небольшой справочный материал поможет вам понять принцип работы станков с ЧПУ.

Для начала - несколько определений

ЧПУ - Числовое Программное Управление. Принцип ЧПУ заключается в получении оцифрованных данных, после чего компьютер или САМ-программа обеспечивает управление, автоматизацию и мониторинг движений элементов машины. В роли машины может выступать токарный или фрезерный станок , роутер, сварочный автомат, шлифовальный станок, установка лазерной или водоструйной резки, листоштамповочный автомат, робот либо оборудование других типов. На крупногабаритных промышленных станках в качестве встроенного устройства управления обычно выступает компьютер. Но на большинстве станков любительского уровня или некоторых модернизированных моделях устройством управления может являться отдельный персональный компьютер. Контроллер ЧПУ функционирует совместно с электродвигателями и Настольный ЧПУ станок бывает нескольких разновидностей, предназначенных для любителей/макетчиков/моделистов. Такие станки имеют меньшую массу и уровень прочности, точности обработки и скорости работы и, кроме того, они дешевле своих промышленных аналогов, но при этом могут хорошо справляться с механической обработкой различных предметов, изготовленных из мягких материалов (пластик, пенопласт, воск). Работа некоторых настольных станков с ЧПУ может во многом напоминать работу принтера. Другие же имеют собственную замкнутую систему управления или даже встроенную специализированную CAM-программу. Некоторые модели также могут принимать данные в виде стандартного g-кода. Существуют промышленные станки настольного типа, предназначенные для выполнения мелких работ, требующих особой точности обработки, оснащенные специализированными устройствами числового программного управления.

CAM - автоматизированная механическая обработка или автоматизированное производство. Данный термин относится к применению различных пакетов ПО для управления траекторией движения режущего инструмента и генерации управляющей программы для работы станков с ЧПУ, основанных на использовании данных, получаемых путем компьютерного 3D-моделирования (CAD-файлы). В случаях когда два описанных понятия используются вместе, обычно применяется сокращение CAD/CAM.

Примечание: CAM-программа фактически не управляет станком с ЧПУ, а только создает программный код, которому следует станок.

Также это не автоматическая операция, которая импортирует 3D-модель и генерирует корректную управляющую программу. CAM-программирование, как и 3D-моделирование, требует наличия определенных знаний и опыта использования ПО такого типа, разработки технологий механической обработки, а также знаний о том, какие виды инструментов и технологических операций необходимо применять в той или иной ситуации для достижения наилучших результатов. Существует ряд несложных программ, позволяющих начинающим пользователям начать работать с ними без особых затруднений. Но есть и более сложные версии, которые требуют вложений времени и финансов для достижения максимальной эффективности их использования.

Управляющая программа - особый относительно простой машинный язык, который может понимать и исполнять станок с ЧПУ. Чтобы понимать принцип работы ЧПУ, очень важно понимать как подобная система управляется. Такие машинные языки изначально разрабатывались для непосредственного программирования обработки деталей путем ввода команд с клавиатуры станка без использования CAM-программ. Они указывают станку, какие движения он должен совершать, одно за другим, также осуществляют контроль выполнения станком других его функций, таких как скорость подачи, частота вращения шпинделя, подача СОЖ. Наиболее распространенным языком подобного рода является G-код или ISO-код - простой буквенно-цифровой язык программирования, разработанный в начале 1970-х годов для первых станков с ЧПУ. Подробнее о G-кодах в статье «Описание G»

Постпроцессор. В то время как g-код рассматривается в качестве стандартного машинного языка для станков с ЧПУ, любой производитель может изменять отдельные его части, такие как использование дополнительных функций, создавая ситуации, при которых g-код, разработанный для одного станка, может не работать для другого. Существует также множество производителей станков, разработавших собственные языки программирования. В связи с этим, для перевода данных траекторий движения инструмента, рассчитанных внутри CAM-программы, в особый код управляющей программы с тем, чтобы станок с ЧПУ мог понимать эти данные, существует связующее программное обеспечение, называемое постпроцессором. Постпроцессор, единожды сконфигурированный должным образом, генерирует соответствующий код для выбранного станка, который, по крайней мере теоретически, позволяет управлять любым станком с помощью любой CAM-программы. Принцип работы ЧПУ станков позволяет поставлять постпроцессоры вместе с CAM-программой бесплатно либо за отдельную плату.

Общие сведения о станках с ЧПУ

Станки с ЧПУ могут иметь несколько осей перемещения, а сами движения могут быть линейными либо поворотными. Многие станки совмещают в себе оба вида движения. Станки, предназначенные для резки, такие как установки лазерной или водоструйной резки, как правило, имеют всего две линейные оси - X и Y. Фрезерные станки обычно имеют как минимум три оси - X, Y и Z, а также могут иметь дополнительные поворотные оси. Фрезерный станок, имеющий пять осей перемещения - это станок с тремя линейными и двумя поворотными осями, позволяющий фрезе совершать технологические операции под углом 180º (в полусфере), а иногда и под большими углами. Также существуют установки лазерной резки, имеющие пять осей перемещения. Робот-манипулятор может иметь более пяти осей.

Некоторые ограничения для станков с ЧПУ

В зависимости от возраста и сложности конструкции, станки с ЧПУ могут иметь определенные ограничения в части функциональных возможностей систем управления и приводных систем. Большинство контроллеров ЧПУ понимают только движения строго по прямой линии или по кругу. Во многих станках перемещения по кругу ограничены главными плоскостями координатных осей XYZ. Перемещения по поворотной оси могут восприниматься контроллерами как линейные перемещения, только вместо расстояния будут использоваться градусы. Для создания перемещений по круговой дуге или линейных перемещений, проходящих под углом по отношению к главным координатным осям, две или более оси должны интерполироваться (их движения должны быть точно синхронизированы) между собой. Линейные и поворотные оси могут также одновременно интерполироваться. В случае использования станка, имеющего пять координатных осей, все пять осей должны быть идеально синхронизированы друг с другом, что является непростой задачей.

Скорость, с которой контроллер станка способен получать и обрабатывать входящие данные, передавать команды на драйверы, а также отслеживать скорость и положение рабочих органов, является критически важным показателем. Более старые и бюджетные модели станков, очевидно, обладают менее высокими показателями, что во многом схоже с тем, насколько менее производительными являются старые модели компьютеров в части выполнения требуемых операций по сравнению с их более современными аналогами.

Сначала интерпретируйте данные 3D-моделей и сплайнов

Наиболее часто возникающая проблема заключается в организации файлов и кода CAM-программы таким образом, чтобы станок, выполняющий обработку заготовок, работал с заложенными в него данными плавно и эффективно. Так как многие контроллеры ЧПУ понимают только формы дуги и прямой линии, любую другую геометрическую форму, которую невозможно описать в данном языке программирования, необходимо конвертировать в более применимую. Обычно конвертации подвергаются сплайны, то есть общие неоднородные рациональные B-сплайны, которые не являются дугами или линиями, а представляют собой трехмерные поверхности. Некоторые станки настольного типа также не способны воспринимать дуги окружности, поэтому все подобные фигуры необходимо конвертировать в полилинии.

Сплайны могут быть разбиты на ряд линейных сегментов, касательных дуг или их сочетание. Вы можете представить себе первый вариант в виде серии хорд на вашем сплайне, касающихся его концами и имеющих определенное отклонение в середине. Другим способом конвертации является преобразование вашего сплайна в полилинию. Чем меньше сегментов вы используете в процессе преобразования сплайна, тем грубее будет аппроксимация, а результат преобразования будет состоять из отрезков большего размера. Использование более мелкого масштаба сглаживает аппроксимацию, но при этом значительно увеличивается и количество сегментов. Представьте себе, что серия дуг могла бы сгладить ваш сплайн в пределах допустимых значений с использованием небольшого количества длинных отрезков. Данный факт является главной причиной того, что преобразование сплайнов в дуги предпочтительнее, нежели преобразование в полилинии, особенно в если вы работаете на станках старых моделей. С более современными моделями станков в этом плане возникает меньше проблем.

Представьте себе поверхности с тем же уровнем аппроксимации сплайнов, только многократно увеличенные и с разрывом между ними (обычно называемым перемещением инструмента между проходами). Обычно поверхности создаются с применением только линейных сегментов, но бывают ситуации, при которых могут также использоваться дуги или сочетания прямых линий и дуг.

Размер и количество сегментов определяются требуемым уровнем точности обработки, а также применяемым методом, и напрямую влияют на качество обработки. Слишком большое количество коротких сегментов может привести к сбою в работе станков старых моделей, а слишком малое - к появлению на заготовке слишком больших граней. CAM-программы обычно применяются в тех случаях, когда необходим подобный уровень аппроксимации. У опытных операторов станков, понимающих требования к детали и знающих, какие операции способен выполнить станок, обычно не возникает с этим проблем. Но некоторые CAM-программы не способны выполнить обработку тех или иных сплайнов или определенных типов поверхностей, поэтому вам может понадобиться предварительное конвертирование данных в CAD-программе (Rhino) перед использованием CAM-программы. Процесс перевода данных из CAD-программы в CAM-программу (посредством использования нейтрального файлового формата - IGES, DXF и т.д.) также может вызвать определенные проблемы, в зависимости от качества функций импорта/экспорта самих программ.

Общепринятые термины, используемые при описании станков с ЧПУ

Поняв принцип ЧПУ, следует убедиться, что вы имеете представление об основных терминах, часто использующихся в станкооборудовании. Следует понимать, что ваш проект может быть:

2-осевым, в случае если резание производится в одной плоскости. В данном случае инструмент не имеет возможности двигаться по плоскости оси Z (вертикальной). В целом координатные оси X и Y могут быть одновременно интерполированы между собой для формирования линий и дуг окружностей.

2,5-осевым, если резание производится в плоскостях, параллельных главной плоскости, но необязательно на той же высоте и глубине. При этом для изменения уровня инструмент может двигаться по плоскости оси Z (вертикальной), но не одновременно с перемещением по осям X и Y. Исключение могут составлять случаи, когда траектория движения инструмента может интерполироваться спирально, то есть описывать круг в плоскостях X и Y, одновременно двигаясь по оси Z для создания винтовой линии (например, при резьбофрезеровании).

Разновидностью вышеуказанного способа интерполяции является способ, при котором станок может интерполировать движение в двух любых плоскостях одновременно, но не в трех. Данный способ интерполяции позволяет проводить обработку ограниченного количества разновидностей трехмерных объектов, напрмиер, путем фрезерования в плоскостях XZ или YZ, но является более ограниченным по сравнению с трехосевой интерполяцией.

3-осевым , если для необходимой технологической операции требуется одновременное управляемое перемещение режущего инструмента в трех координатных осях - X,Y,Z, что необходимо для обработки большинства поверхностей произвольной формы.

4-осевым, если он включает в себя перемещение по трем осям, указанным выше, плюс перемещение по одной поворотной оси. Тут есть два варианта: одновременная 4-осевая интерполяция (полноценная 4-я ось) либо только позиционирование по 4-й оси, при котором 4-я ось может менять положение заготовки, перемещая ее между тремя координатными осями, фактически не перемещаясь в процессе обработки. 5-осевым, если он включает в себя перемещение по трем осям, указанным выше, плюс перемещение по двум поворотным осям. Кроме полноценной обработки в 5 осях (5 осей перемещаются одновременно), в вашем распоряжении часто есть вариант обработки с применением 3-х осей плюс еще 2 дополнительные оси или 3-осевая механическая обработка + позиционирование с помощью 2-х независимых осей. Также в редких случаях есть вариант обработки с применением 4-х осей плюс одной дополнительной оси или непрерывная механическая обработка по 4 осям + позиционирование по 5-й оси. Звучит запутанно, не правда ли?

9 вещей, которые пригодятся новичкам в ЧПУ

Предположим, у вас есть рабочая машина с ЧПУ, вы только что ее приобрели, но вы мало что знаете о самом ЧПУ. Предположим также, что это фрезерный станок, и что в первую очередь вы будете заниматься резкой металла. Вероятно, вы готовы начать изготавливать детали для чоппера, конструировать устройство для смены инструментов или, может быть, с нуля собрать пистолет Colt 1911. С ЧПУ вы можете сконструировать почти все, и вы с нетерпением ждете начала работы над вашими любимыми проектами.

Не спешите! Помните, вы только что купили машину, и к тому же вы новичок. Вы еще не готовы к таким проектам.

Надо постараться максимизировать свои шансы на успех. Для этого примите к сведению 9 нижеследующих пунктов

1. Купите несколько приличных фрез

Не берите упаковку импортных китайских фрез различных размеров и неопределенного качества. Вам не нужны и зеленые космические фрезы из «Людей в черном», просто купите несколько приличных фрез у надежного поставщика по разумной цене. Можно начинать с быстрорежущей стали. В конечном во многих случаях будет необходим твердосплав, но быстрорежущая сталь дешевле и более устойчива к вибрациям. Купите себе несколько размеров:

Размеры меньше ни к чему на данном этапе, пока вы не потренируетесь на менее чувствительных фрезах. Купите 2-х или 3-заходные для алюминия и 4-заходные для стали . Чтобы лучше понять какие фрезы вам необходимы, прочтите статью Как выбрать фрезы . Вы однозначно сломаете несколько фрез, так что просто свыкнитесь с этой мыслью. На этом этапе следует не забывать надевать защитные очки!

Также купите полный набор спиральных сверл.

2. Купите стоящие тиски, комплект прихватов и набор параллелек

Закрепление заготовки - очень важный этап. Приобретите хорошие тиски для своего станка, и вы потратите деньги на ценный инструмент, который будет служить вам годами. Есть одна загвоздка, которая возникает, когда вы зажимаете заготовку в тисках . Если у вас плохие тиски, заготовка сдвинется, а вы будете гадать, что же произошло.

Вам следует закрепить ваши тиски в Т-образные слоты вашего стола, так что вы также можете приобрести комплект прихватов.

Наконец, вам понадобится набор параллельных подкладок.

3. Используйте СОЖ или туман! В работе с алюминием придется параноидально следить за отводом стружки.

Если машина не была оснащена СОЖ, подаваемой поливом, и не предназначена для такого, то вам необходимо установить генератор тумана. Можно взять качественный, например Noga, есть много разных брендов.

Перенарезка стружки вредна для фрез, а в худшем случае это приведет к поломке. «Быть параноиком» имеется в виду, что в начале надо очень пристально смотреть на область реза, и возиться с соплом вашего туманообразователя, чтобы освоить, как правильно располагать его для качественной подачи СОЖ.

4. Научитесь пользоваться вашим контроллером ЧПУ

Следующим шагом будет научиться управлять вашим ЧПУ, как если бы это был ручной станок с принудительной подачей и УЦИ на каждой оси. По ходу работы вы узнаете некоторые базовые коды G, дабы иметь представление о том, что ваша программа делает, когда вы в первый раз запускаете реальную программу в коде G (хоть это еще и далеко от правды!). Начните работать с фрезой в верхнем положении, и не пытайтесь делать какие-либо движения по оси Z, дабы не повредить режущий инструмент обо что-то. Практикуйте движения по оси X и Y до тех пор, пока шпиндель не будет двигаться туда, куда вы хотите, и вы не будете ошибаться. Еще один момент: не используйте G00, это заставляет машину двигаться в быстрых режимах на пределах ее возможностей. Используйте G01 и установите относительно низкую скорость подачи. В «G01 F20» машина будет двигаться со скоростью 20 единиц в минуту(миллиметров, метров, дюймов – в зависимости от настроек вашего контроллера). У вас будет намного больше времени на реакцию, если что-то пойдет не так.

5. Купите измерительный прибор для длины фрезы и научитесь ним пользоваться, чтобы калибровать ось Z. В придачу приобретите кромкоискатель и используйте его, чтобы забазировать шпиндель относительно детали.

Ваша машина должна знать, где находится кончик фрезы, в противном случае можно испортить оборудование. Так как вы новичок, задайте ей необходимую информацию, используя датчик длины фрезы. С его помощью машина будет точно знать, где конец фрезы относительно координаты Z. Первое, что надо сделать после установки заготовки в тиски и фрезы в шпиндель - это установить нули.

Подробнее о компенсации длины инструмента и нахождении базовых точек в статье Как найти нулевую точку станка с ЧПУ .

6. Научитесь регулировать ваш станок и тиски

Отрегулировать - отъюстировать с помощью часового индикатора. Это базовый навык, который необходим всем.

Выработайте привычку перед началом работы проверять положение ваших тисков. Позже будет понятно, действительно ли нужно делать это прям каждый раз, но поначалу придерживайтесь такй практики. К тому же, убедитесь, что знаете, как отрегулировать свои тиски, чтобы зажимные щеки были правильно выровнены с одной из осей.

7. Начните с алюминия, латуни и мягкой стали. Избегайте использования нержавеющей стали.

Поначалу следует избегать использования труднообрабатываемых материалов. Используйте алюминий или латунь.

Когда начнет получаться, можно попробовать мягкую сталь. Только после того, как вы почувствуете, что достаточно хорошо фрезеруете такие материалы, фрезы не ломаются и не изнашиваются слишком быстро, и обработанная поверхность больше не похожа на ту, на которую напала стая инфицированных бешенством бобров, лишь тогда переходите к труднообрабатываемым материалам, таким как нержавеющая сталь. Перед этим как следует изучите каталоги поставщиков металлов.

8. Сделайте себе несколько комплектов ступенчатых губок из алюминия

Возьмите пилу и вырежьте кусочки материала, размерами немного больше, чем щеки тисков. Теперь вам нужно обработать эти блоки на прямоугольник, т.е. делать фрезерные проходы до тех пор, пока все стороны не станут строго параллельны или перпендикулярны друг другу, т.е. до получения прямоугольного параллелепипеда.

Используйте концевые фрезы небольших диаметров. Несмотря на то, что для таких работ торцевые подходят лучше, их пока не стоит использовать, т.к. торцевая фреза развивает большое усилие. Шпиндель может завязнуть, заготовку может вырвать тисков и швырнуть ее через комнату, и т.п.

Обработав материал в виде квадрата, переходите к следующей задаче – обработайте его в соответствии с размерами, фрезеруя до тех пор, пока он не станет идеального размера для ваших тисков (вам понадобятся 2 прямоугольных куска, по одному на каждую зажимную губку). Последний шаг - просверлить и прозенковать монтажные отверстия.

Можно также поучиться делать Куб Тернера. Этот куб (его еще называют мета-куб), не так легко сделать, как это может показаться на первый взгляд. Говорят, что ранее, до появления станков с ЧПУ, такой хитрый кубик давали новичку токарю/фрезеровщику и предлагали аналогичный сделать. Это было тестом на владение станком. Этот куб выглядит как серия кубов с отверстиями, вложенных друг в друга, и касающихся внешнего только вершинами.

9. Изучите САПР и CAM

Итак, теперь вы знаете азы. Следующий шаг – изучить, как создавать G-код для станка. Для этого вам необходимо овладеть САПР и CAM. По возможности выберите те программы, с освоением которых вам могут помочь. В идеале, попросите вашего друга, который уже использует программное обеспечение и опытен в нем, помочь вам. Если у вас нет такого друга, рассмотрите вариант курсов. Если вам некому помочь вживую, вам придется вернуться и искать помощи в Интернете. Начните с просмотра нескольких видеороликов. По возможности, постарайтесь смотреть ролик и изучать программное обеспечение одновременно. Найдите онлайн-форумы, на которые люди обращаются за помощью в использовании этих программ.

Рассмотрим работу станков с системой ЧПУ по упрощенной схеме (рис. 7.1), включающей основные блоки систем ЧПУ и основные элементы кинематической схемы станка. Система ЧПУ состоит из устройств ввода информации, блока запоминания информации БЗИ, блока интерполяции БИ, блока управления приводами подач в виде цифроаналоговых преобразователей ЦАПи двух следящих приводов по осям X и Vстанка. Следящие приводы состоят из усилителей мощности УМ Х и УМ У, сравнивающих устройств УС Х и УС У , датчиков обратной связи в виде вращаю­щихся трансформаторов ВТ Х и ВТ У , кинематически связанных с ходовыми винтами станка, и двигателей подач М х и М у , которые приводят во вращение ходовые винты станка. В результате вра­щения винтов перемещаются стол станка и его ползун с фрезой, совместное движение которых определяет конфигурацию изготовляемой детали согласно заложенной программе.

Все современные устройства ЧПУ выполняются на базе ка­кой-либо микроЭВМ или микропроцессоров (одного или несколь­ких), позволяющих значительно увеличить степень автоматизации станка, т.е. обеспечить: индикацию большого числа параметров на экране дисплея, быстрое диагностирование неисправностей и удобное редактирование программ, запоминание большого объема управляющих программ и т.д.

Состав системы ЧПУ

Все устройства ЧПУ имеют развитую цикловую автоматику с большим числом входов-выходов, а также связь с ЭВМ высшего уровня, необходимую при создании гибких производственных систем.

Вместе с тем наблюдается разделение устройств ЧПУ по числу управляемых координат, связанное с их назначением: для токар­ных станков обычно требуется две координаты; для обычных фре­зерных – три; для фрезерных станков, предназначенных для объемной обработки, – пять; для многооперационных станков – от четырех до восьми. В настоящее время созданы устройства ЧПУ на 10–12 координат для управления ГПМ. Число координат весьма существенно влияет на конструкцию и стоимость устрой­ства ЧПУ.

Функциональная схема типовой универсальной системы ЧПУ (рис. 7.2) состоит из двух основных устройств: устройства число­вого программного управления, конструктивно оформленного в виде отдельного шкафа или пульта и исполнитель­ных устройств с приводами и датчиками обратной связи, разме­щенными на станке. Основные блоки системы ЧПУ описаны ниже.

Рис. 7.1. Упрощенная схема станка с ЧПУ

Устройство ввода информации вводит числовую информацию с программоносителя.

Блок запоминания считанной информации. Помимо запоминания входной информации в этом блоке выполняются ее контроль и формирова­ние соответствующего сигнала в момент обнаружения ошибки. Этот блок, как правило, имеет возможность получать информацию от ЭВМ верхнего уровня, что необходимо при объединении стан­ков в ГПС.

Пульт управления и индикации служит для связи человека-оператора с системой ЧПУ. С помощью этого пульта проводится пуск системы и ее останов, переключение режимов работы с авто­матического на ручной и т.д., а также коррекция скорости подачи и размеров инструментов и изменение начального положения инструмента по всем или некоторым координатам. На этом пульте находится световая сигнализация и цифровая индикация о со­стоянии системы.

В современных ЧПУ индикация обычно осуществляется с помощью встроенного дисплея, позволяющего выводить значительно большее число параметров, а также проводить отработку про­грамм непосредственно на станке.

Блок интерполяции формирует частичную траекторию движе­ния инструмента между двумя или более заданными в программе точками. В большинстве случаев используют линейную и круговую интерполяцию, хотя иногда применяют винтовую или цилиндри­ческую интерполяцию.

Приводы подач, чаще всего следящие, служат для обеспече­ния перемещения управляемых элементов станка (столов, суппор­тов, кареток и т.п.) с необходимой скоростью и точностью при заданном моменте. Под следящим приводом будем понимать систему, состоящую из двигателя (электрического, гидравличе­ского), усилителя мощности, снабжающего этот двигатель не­обходимой энергией, которая регулируется в широких пределах, датчика обратной связи по положению, служащего для измерения фактического перемещения (или положения) управляемого объ­екта, и сравнивающего устройства, сравнивающего фактическое положение объекта с заданным и выдающего сигнал ошибки, по­ступающий на вход усилителя мощности, в результате чего угло­вая скорость вала двигателя оказывается пропорциональной ошибке системы. В процессе работы эта система перемещает управ­ляемый объект таким образом, чтобы поддерживать минимальное значение ошибки. Если ошибка по каким-либо причинам превы­шает заранее установленный допустимый предел, то система ЧПУ автоматически отключается с помощью специальных устройств защиты.

Блоки управления приводами подач служат для преобразования информации, получаемой с выхода интерполятора, в форму, пригодную для управления приводами подач, так, чтобы при поступлении каждого импульса управляемый объект перемещался на определенное расстояние, называемое ценой импульса, кото­рая обычно составляет 0,01 или 0,001 мм. В зависимости от типа приводов (замкнутые или разомкнутые, фазовые или амплитуд­ные), применяемых на станках, блоки управления существенно различаются.

В разомкнутых приводах, использующих шаговые двигатели, блоки управления представляют собой специальные кольцевые коммутаторы, на выходе которых включены мощные усилители, питающие обмотки шаговых двигателей, которые служат для циклического переключения обмоток ШД, что заставляет вра­щаться его ротор. В замкнутых приводах фазового типа, исполь­зующих датчики обратной связи в виде вращающихся трансфор­маторов (ВТ) или индуктосинов в режиме фазовращателей, блоки управления представляют собой преобразователи импульсов в фазу переменного тока и фазовые дискриминаторы, которые сравни­вают фазу сигнала на выходе фазового преобразователя с фазой датчика обратной связи и выдают разностный сигнал ошибки на усилитель мощности привода.

В этом же блоке обычно расположены усилители для питания датчиков обратной связи, а также устройства защиты, отключаю­щие приводы при превышении допустимой ошибки слежения.

Датчики обратной связи ДОС являются измерительными устройствами, служащими для определения фактического поло­жения (абсолютного значения координаты) или перемещения (от­носительного значения координаты) управляемого объекта в пре­делах шага системы. При этом суммирование шагов производит система ЧПУ. Перемещения объекта определяют как непосредственно с помощью каких-либо линейных измерительных устройств, например, индуктосинов, так и косвенно, измеряя, например, угол поворота вала двигателя подач с помощью какого-либо углового измерительного устройства, например, обычного ВТ или резольвера (точный ВТ синусно-косинусного типа, применяемый в счетно-решающих устройствах).

Помимо индуктосинов, для непосредственного измерения ли­нейных перемещений иногда используют и другие измерительные устройства, например, прецизионные зубчатые рейки с много­полюсными ВТ, или для достижения особо высокой точности – оптические штриховые измерительные шкалы с соответствующими импульсными датчиками. Обычно одно и то же устройство ЧПУ может работать с раз­личными типами ДОС.

Рис. 7.2. Функциональная схема системы ЧПУ

Блок скоростей подач обеспечивает заданную скорость подачи, а также разгон и торможение в начале и конце участков обработки по заданному закону, чаще всего – линейному. Скорость подачи задается либо номером скорости соответствующего ряда скоростей, составляющих геометрическую прогрессию со знаменателем по­рядка 1,25, либо непосредственно в миллиметрах в минуту через 1 или даже через 0,1 мм/мин. Помимо рабочих скоростей подач, составляющих обычно 5–2000 мм/мин, этот блок выполняет, как правило, и установочное движение с повышенной скоростью, на которой производится установка координат при позиционной обработке или переход инструмента из одного участка заготовки в другой при контурной обработке. Эта скорость в современных системах ЧПУ составляет 10–15 м/мин.

Блок коррекции программы вместе с пультом управления слу­жит для изменения запрограммированных параметров обработки, т.е. скорости подачи и размеров инструмента (длины и диаметра). Изменение скорости движения (обычно 5–120 %) сводится к руч­ному изменению частоты задающего генератора в блоке подач. Изменение длины инструмента (обычно от 0 до 100 мм) сводится к изменению заданного значения перемещения вдоль оси инстру­мента, без изменения его начального поло­жения.

Блок технологических команд предназначен для управления цикловой автоматикой станка, включающего поиск и смену до­статочно большого числа инструментов (до 100), смену частоты вращения шпинделя, зажим направляющих при позиционирова­нии и разжим их при движении, различные блокировки, обеспе­чивающие сохранность станка. Цикловая автоматика станка со­стоит в основном из исполнительных элементов типа пускателей, электромагнитных муфт, соленоидов и других электромагнитных механизмов, а также дискретных элементов обратной связи типа концевых и путевых выключателей, реле тока, реле давления и других элементов, контактных или бесконтактных, сигнализи­рующих о состоянии исполнительных органов. Часто эти элементы с дополнительными устройствами типа реле реализуют местные циклы (например, цикл поиска и смены инструмента), команды, на исполнение которых подаются из устройства программного управления. Современные устройства ЧПУ, как правило, осу­ществляют эти циклы внутри, выдавая сигналы на исполнитель­ные элементы станка через согласующе-усилительные устройства, которые могут находиться как в станке, так и в устройстве ЧПУ. Для этого часто используют программируемые контроллеры в виде отдельного блока, размещаемого внутри или вне устройства ЧПУ.

Блок стандартных циклов служит для облегчения программи­рования и сокращения длины программы при позиционной обра­ботке повторяющихся элементов заготовки, например, при свер­лении и растачивании отверстий, нарезании резьбы и других операций.

Помимо этих блоков, применяют блоки адаптации, которые служат для увеличения точности и производительности обработки при изменяющихся по случайному закону внешних условиях (например, припуск на обработку, твердость обрабатываемого материала, затупление инструмента). Это объясняется тем, что любая система ЧПУ является разомкнутой системой управления, так как она не «знает» результата своей работы. В системе ЧПУ с обычной обратной связью заготовка ею не охвачена; задается только перемещение инструмента относительно заготовки. В то же время на точности размеров детали сказывается, например, де­формация инструмента, которая в обычных системах ЧПУ может учитываться при программировании только тогда, когда она по­стоянна или изменяется по заранее известному закону, чего на практике нет.

Приводы подач станков с ЧПУ

В современных станках с ЧПУ применяются различные структурные схемы приводов подач. Схема с жесткой связью электродвигателя ходового винта изображена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Схема привода:

1 - электродвигатель; 2 – муфта; 3 −передача винт-гайка качения; 4 − винт

Схема с одноступенчатым редуктором и выборкой зазора в зубчатом зацеплении рассмотрена на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Схема привода с редуктором:

1 − электродвигатель; 2 − зубчатая передача; 3 − винтовая передача

Схема с применением беззазорной червячной и реечной передач изображена на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Схема привода с червячной и реечной передачами:

1 − электродвигатель; 2 − червячная передача; 3 − реечная передача

Как видно из приведенных схем, станки с ЧПУ имеют короткие кинематические схемы приводов подач, обеспечивающие более точную работу последних. Это стало возможным при применении специальных узлов и механизмов, имеющих свои отличительные особенности.

Предположим, у вас есть рабочий станок с ЧПУ, который был только что приобретен, но пока знаний о нем недостаточно. Предположим теперь, что это фрезерный станок с ЧПУ по металлу, и что в первую очередь вам будет интересна именно фрезеровка металла, который легко поддается обработке.

Скорее всего, вам уже не терпится начать фрезерование различных интересных деталей, построить магазин для инструмента или, может быть, скомпоновать пистолет Colt 1911. С ЧПУ вы можете построить практически все, и вы полны идей для начала работы над своими любимыми проектами.

Рассмотрим для начала некоторые нюансы фрезеровки металла

Один мой знакомый уже некоторое время режет металл своим станком с Числовым Программным Управлением , имеющим рабочее поле 400х600 мм. Как он это делает? Необходимо всего лишь соблюдать такие параметры, как:

• глубину за проход;
• скорость подачи;
• правильно подбирать концевую фрезу и ее охлаждение.

Впрочем, металлы можно резать и без охлаждения.

При фрезеровке металла нужно быть предельно внимательным, особенно с алюминием, этот материал начинает плавиться при температуре около 648 градусов Цельсия, а при использовании концевой фрезы, вращающейся с высокой скоростью (примерно 13 000 об / мин), она будет очень сильно греться и расплавит торец заготовки во время процесса обработки. Алюминий – легкоплавкий металл. Сравнив его со сталью, которая плавится при 1150 градусах Цельсия, некоторые операторы, обслуживающие станки с ЧПУ по металлу, скажут, что мягкую сталь резать легче, чем алюминий просто потому, что фреза может работать при более медленной подаче и «выгрызать» материал.

Способы контроля температуры режущего инструмента

1. Первым, и наиболее широко используемым методом является подача охлаждающей жидкости на торцевую фрезу во время ее работы. Это специальное вещество, которое в сочетании с режущей жидкостью обеспечивает наилучшую эффективность резания.
2. Второй способ заключается в том, что на фрезу может быть распылена только охлаждающая жидкость, которая обычно делается вручную. Обычно для таких целей используют изопропиловый спирт, который в то же время отлично очищает режущий инструмент.
3. Третий способ построен на подаче струи сжатого воздуха на фрезу. Этот метод заключается в создании вихревой системы, в которой из одного сопла подается поток холодного воздуха, температура которого около -50 градусов Цельсия, а с другого подается воздух с высокой температурой (выше 100 градусов).
4. Последний метод состоит в нахождении правильного баланса глубины за проход, скорости вращения шпинделя, скорости подачи, выбора конечной фрезы и угла наклона вихревого охлаждения для достижения сухого резания.

Достижение такого равновесия непросто, и по последнему утверждению, что промышленность движется в этом направлении, создается впечатление, что люди еще не знают, как этого добиться. Ну, на самом деле, это практикуется, но не с идеальными параметрами, и найти эти идеальные параметры – это святой Грааль резки металла.

Резка алюминия и как получить хорошие результаты

Баланс: Фрезерный станок по металлу с высокой скоростью подачи и очень малой глубиной за проход позволяет хорошо охлаждать фрезу. Она будет проходить по заготовке из алюминиевого сплава достаточно быстро, чтобы охладить себя, но, если инструмент задержится слишком долго (медленная подача и глубокая глубина за проход) в одном и том же месте, он будет нагреваться и плавить место реза на заготовке из-за трения. Следует учитывать, что фрезерные станки с ЧПУ практически любого типа могут успешно разрезать алюминий.

Рассмотрим такую аналогию: взрослый может выкопать яму довольно быстро и набирать большое количество песка в лопату за раз. Ребенок может копать песок тоже, но только царапать поверхность раз за разом, а не набирать полную лопату. Ребенок, в конце концов, достигнет такой же глубины, что и взрослый, но это займет немного больше времени.

Проблема: ребенок не использует лопату наиболее эффективно, потому что острый кончик лопаты будет затупляться быстрее, чем верхняя часть лопаты, тогда как взрослый будет равномерно работать всей лопатой. Так обстоит дело и с торцевыми фрезами. Чем глубже вы сможете пройти по заготовке фрезой, тем более равномерно она будет изнашиваться, продлевая свой срок службы.

Итак, какие же параметры должны быть соблюдены? Это важный вопрос, потому что результат может вылиться в копеечку. У нас есть хороший пример. Как уже было написано выше, используется компактный фрезерный станок по металлу с ЧПУ и вихревая система для продувки фрезы воздухом с температурой -50 градусов. Разрезаемый материал марки 6061, который является структурным сортом алюминия, а его толщина составляет 5 мм, но не важно, так как резка производится с большим количеством проходов. Чем толще материал, тем дольше потребуется времени на обработку, впрочем, это и так ясно.

Для резки используется китайский шпиндель со скоростью 13 000 оборотов в минуту. Скорость подачи (скорость, с которой концевая фреза проходит через разрез) устанавливается между 300 и 430 мм/мин. Глубина за проход – это важный параметр, который следует тщательно подбирать. Компания Onsrud, имеющая большой опыт в производстве торцевых фрез, рекомендует, чтобы глубина за проход составляла 1/2 диаметра режущей части фрезы. Для 3 мм концевой фрезы - это около 1,5 мм, но для чистовой обработки все же лучше брать глубину, равную четверти диаметра режущего инструмента.

В концевых фрезах врезка, как правило, наиболее вредна для инструмента, поэтому предпочтение отдается медленной скорости погружения в заготовку. Обычно для алюминия устанавливают скорость погружения до 150 мм/мин. Если погружение планируется на большую глубину, то лучше предварительно просверлить в этом месте отверстие при помощи сверлильного станка. При погружении в начало какого-то профиля, лучше всего сначала перейти к материалу (придав фрезе горизонтальное движение, когда ось z опускается или поднимается).

При резке металла вибрация заготовки является основной проблемой, которую необходимо устранить. В домашних условиях можно использовать самые различные способы фиксации, начиная от струбцин и заканчивая специальным вакуумным столом. Независимо от того, какой метод зажима или закрепления используется, убедитесь, что он вообще не будет двигаться и что зажим (винты, хомут) находится как можно ближе к месту реза.

Подведем итоги

Исходя из вышесказанного, можно выделить такие пункты, запомнив которые фрезеровать металл станет гораздо проще:

1. Не торопитесь. Лучше потратить больше времени на обработку, чем убить гору недешевого инструмента и испортить не одну заготовку.
2. Используйте твердосплавные фрезы. Именно они будут служить очень долго при правильно подобранных режимах резания. И желательно покупать фрезы проверенных производителей и в специализированных магазинах.
3. Используйте фрезы меньшего диаметра. Лучше сделать больше проходов и получить красивое место реза, чем снять килограмм алюминия за один рез, выбросить «сгоревший» инструмент и увидеть оборванные края заготовки.
4. Не параноить по поводу чистки мест реза. Не нужно стоять со щеткой или пылесосом над заготовкой, которую обрабатываете, достаточно в конце просто смести все отходы или собрать их магнитом (если это ферромагнитный материал).
5. Смазывать рабочий инструмент туманом из охлаждающей жидкости. Эффект «тумана» достигается при использовании специального штуцера на подающем жидкость патрубке.
6. Не замедляйте подачу слишком сильно. При слишком медленной подаче фреза вместо того, чтобы резать материал, начинает тереться о него и очень сильно греться, что приводит к перегреву инструмента и оплавлению места реза (если заготовка из легкоплавкого материала).
7. Если ваши станки по металлу не имеют достаточно быстрой подачи, используйте меньшее количество проходов и увеличьте диаметр фрезы.

Развитие технологий стало причиной того, что компьютеры и другие передовые технические средства все активнее используются в повседневной жизни людей, а также в промышленности. Например, на современных промышленных предприятиях все чаще можно встретить , который управляется не руками оператора, а при помощи специальных компьютерных программ и соответствующих электронных устройств.

Благодаря такой системе управления значительно облегчается эксплуатация станка, а из процесса изготовления деталей исключается человеческий фактор, который может оказывать негативное влияние на их качество и точность обработки.

Принцип работы фрезерных станков

Фрезерное оборудование позволяет осуществлять различные технологические операции: резку, сверление, расчет расстояний между отверстиями, которые необходимо выполнять, а также ряд других. В качестве материалов, которые можно обрабатывать на таком оборудовании, могут выступать:

• древесина;
• черные, а также цветные металлы;
• керамика;
• полимерные материалы;
• природный и искусственный камень.

Заготовки закрепляются на рабочем столе, а их обработка выполняется за счет вращающейся фрезы, которая и режет материал.

Оснащенные ЧПУ, выпускаются в различном конструктивном исполнении.

Консольного типа:

1. модели, обладающие широкой универсальностью;
2. горизонтального типа;
3. вертикального типа.

Бесконсольной конструкции:

1. вертикальные;
2. горизонтальные.

Самыми популярными и, соответственно, распространенными являются фрезерные станки с ЧПУ консольного типа. На консоль закрепляется обрабатываемая заготовка, и именно этот рабочий орган совершает движения по отношению к режущему инструменту. Сам шпиндель такого станка не движется, он жестко зафиксирован в одной позиции.

Бесконсольного типа осуществляется за счет того, что перемещаться в них может как рабочий стол, который движется в двух направлениях, так и шпиндель, способный изменять свою позицию в вертикальной плоскости, а также во всех остальных направлениях.

С ЧПУ автоматически выполняет операции, информация о которых предварительно записана на один из носителей. Программы, которые управляют его работой, могут быть нескольких типов.

• Позиционные, предполагающие фиксацию координат конечных точек, по которым и выполняется обработка заготовки. Такое программы используются для управления станками сверлильной и расточной группы.
• Контурные, управляющие траекторией обработки заготовки. Они используются для управления станками круглошлифовальной группы.
• Комбинированные, которые объединяют в себе возможности программ контурного и позиционного типа. Такими программами управляются станки, относящиеся к многоцелевой категории.
• Многоконтурные. С их помощью можно управлять всеми функциональными возможностями станка, они являются самыми сложным типом ПО. При помощи таких программ обеспечивается управление широкоформатным оборудованием.

Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, обладают целым рядом значимых преимуществ:

• позволяют увеличить производительность обработки в 2–3 раза;
• дают возможность изготавливать детали с высокой точностью;
• минимизируют объем ручного труда, что позволяет уменьшить штат обслуживающего персонала;
• сокращают время, необходимое для подготовки заготовок;
• минимизируют время обработки деталей.

Разновидности оборудования

Станки фрезерной группы, оснащенные ЧПУ, в зависимости от того, какой материал на них обрабатывается, подразделяются на следующие категории:

1. для работы по металлу;
2. для обработки заготовок из древесины;
3. фрезерно-гравировальной группы.

1. обрабатывающие центры, отличающиеся высокой функциональностью;
2. станки широкоуниверсального типа;
3. токарно-фрезерной категории;
4. сверлильно-фрезерной группы.

Фрезерные станки, управляемые при помощи специальных программ, можно использовать и для оснащения домашней мастерской, так как они отличаются простотой эксплуатации и дают возможность изготавливать детали из металла, выполненные с высокой точностью своих геометрических параметров.

На предприятиях, которые производят мебель, а также в строительных компаниях применяются фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, с помощью которых выполняется обработка заготовок из древесины. На таких станках обрабатываются изделия из древесины, а также заготовки из полимеров, алюминиевых сплавов, фанеры и ДСП.

Станок с ЧПУ, на котором возможно выполнять операции гравировки, применяется для обработки изделий, изготовленных из металла, натурального и искусственного камня, бетона и ряда других материалов. С его помощью изготавливают декоративные каменные колонны, статуэтки, другие изделия, выполняющие исключительно декоративную функцию. Такие станки по металлу и ряду других материалов чаще всего используют для производства различных рекламных конструкций.

По принципу работы и своей производительности фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, могут быть следующих категорий:

• отличающиеся небольшими габаритами и невысокой производительностью - мини станки;
• настольного типа;
• вертикально-фрезерного типа;
• широкоформатные.

Станки, которые используются для оснащения домашней мастерской, нельзя назвать профессиональными, их преимущественно используют для полезного хобби. Такие фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, отличаются невысокой стоимостью, поэтому ими часто оснащаются мастерские различных учебных заведений: школы, технические училища, ВУЗы и др.

Оборудование настольного типа обладает рядом весомых преимуществ:

1. невысокая стоимость;
2. исключительная мобильность;
3. простота эксплуатации и конструктивного исполнения.

Такие станки, несмотря на свою компактность, способны выполнять различные технологические операции по металлу и другим материалам: фрезерование, сверление, растачивание.

Для обработки заготовок, обладающих большими габаритами, используются вертикально-фрезерные станки. В качестве рабочих инструментов на них применяются сверла, фрезы цилиндрического, концевого, фасонного и торцевого типа. С помощью такого оборудования, которым преимущественно оснащаются крупные производственные предприятия, можно выполнять обработку как горизонтальных, так и вертикальных поверхностей.

Широкоформатные фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, полностью соответствуют своему названию: в их конструкции имеется специальная рабочая головка, которая может поворачиваться в любом направлении. Благодаря своей универсальности такие станки чаще всего используются для оснащения цехов нестандартного оборудования и инструментальных участков.

Обзор станков

Прежде чем решить вопрос, какой фрезерный станок выбрать для оснащения домашней мастерской или производственного предприятия, важно ознакомится с характеристиками оборудования, которое предлагается на современном рынке. На сегодняшний день наиболее востребованным являются фрезерные станки, производимые в следующих странах:

• Германия;
• Италия;
• Австрия;
• Китай;
• Северная Корея;
• Малайзия;
• Тайвань;
• Чехия;
• Турция.

Наиболее известными компаниями, которые производят и реализуют фрезерные станки с ЧПУ, являются:

• GCC Jaguar;
• Redwood;
• RuStan;
• Hyundai Wia;
• Kami;
• Zenitech.

Одними из самых быстрых станков, которые также отличаются широким разнообразием настроек и дополнительных функций, являются модели торговой марки GCC Jaguar.

Широким разнообразием ассортимента станков для обработки деталей из металла и других материалов отличается компания JCC. В каталоге данного производителя представлены станки с ЧПУ следующего назначения:

1. универсального типа, предназначенное для выполнения гравировальных и фрезерных работ;
2. для обработки изделий из древесины и металла;
3. прошивные станки электроэрозийного типа;
4. оборудование фрезерно-токарной группы.

Передовые программные продукты, с помощью которых управляются станки данной торговой марки, позволяют задействовать весь их потенциал.

Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, торговой марки RuStan - это, преимущественно, оборудование широкоуниверсального типа, с помощью которого можно выполнять широкий перечень технологических операций. Отличает модели данной торговой марки и то, что при их приобретении можно воспользоваться разнообразными скидочными программами, а также возможностью гарантийного и постгарантийного обслуживания.

По-настоящему уникальными являются фрезерные станки с ЧПУ, выпускаемые под торговой маркой Redwood. Они способны выполнять обработку деталей в формате 2d и 3d. Реализация технологии 3d предполагает, что по заданной программе из заготовки получают объемную деталь, полностью соответствующую заданным геометрическим параметрам.

Главным принципом работы специалистов, занимающихся выпуском фрезерного оборудования торговой марки Kami, является производство высококачественной продукции. При помощи станков данной торговой марки можно обрабатывать не только металл, но и детали из камня, древесины, пластика и даже стекла.

Компания Hyundai Wia специализируется на выпуске станков с ЧПУ, на которых производится продукция для аэрокосмической и автомобильной промышленности. Программы, которые используются для их управления, предполагают минимальное вмешательство со стороны человека и значительно упрощают использование подобного оборудования.

В каталоге известного производителя Zenitech преобладает профессиональное фрезерное оборудование с ЧПУ, предназначенное для обработки деталей из металла и древесины.

На современном рынке широко представлено фрезерное оборудование с ЧПУ торговой марки Инвест Адам. Основными преимуществами моделей, которые отличаются своей компактностью и универсальностью, являются:

• высокая точность обработки;
• эффективность и производительность;
• управляющие программы могут воспроизводиться неоднократно;
• конструкция отличается высокой надежностью;
• связь с компьютером, который управляет работой оборудования, осуществляется через обычный USB-порт.

Для оснащения домашней мастерской и крупного производственного предприятия можно использовать фрезерный станок с ЧПУ, выпущенный немецкой компанией BZT. Отличает станки данной торговой марки высокая устойчивость, надежность фиксации заготовок, точность и оперативность обработки. Удобным является и то, что станки данной торговой марки могут работать практически на любом программном обеспечении.

На стоимость фрезерного станка с ЧПУ оказывают влияние следующие параметры:

• сложность конструкции оборудования и его тип;
• тип производства, для которого предназначено оборудование;
• страна производитель и торговая марка;
• функциональность станка.

Наиболее простой конструкцией обладают настольные станки с ЧПУ, которые и стоят значительно дешевле более функционального оборудования. Чтобы сэкономить на приобретении фрезерного станка, выбирайте оборудование отечественных производителей. В среднем, стоимость настольного фрезерного оборудования с ЧПУ составляет порядка 4000 долларов США. Варьироваться такая цена может от ряда факторов: габариты станка и рабочего стола, мощность двигателя, вес оборудования и его функциональность.