Конструкция и принцип работы токарного станка с чпу

Группы металлообрабатывающего оборудования

Среди металлообрабатывающего оборудования основных групп (токарные и фрезерные), стоит выделить и другие:

• распиловочные и циркулярные отрезные станки;
• ленточнопильные, способные осуществлять продольное распиливание заготовок;
• вертикально-сверлильные, в которых шпиндель расположен вверху;
• сверлильно-долбежные;
• шлифовочные и торцовочные станки, качественно обрабатывающие поверхности.

Общее у этих агрегатов – работа с любым металлом. Их объединяет и наличие станины, на которой устанавливают главный «узел» – металлообрабатывающий элемент. Устройство имеет электродвигатель, платформу подачи, разнообразные фиксаторы, рабочую оснастку – по специфике выполняемой технологической операции.

Рядом с массивными и крупными промышленными вариантами, выглядят весьма компактно мобильные настольные станки и мини-станки по обработке металла, применяемые в ювелирном деле, и граверы.

Станки токарные с ЧПУ

На токарном станке обработка производится резцом со сменными пластинами. Он закрепляется в резцедержателе, который вместе с салазками и поворотной плитой входит в узел суппорта. Токарный станок с ЧПУ может быть оборудован кассетным резцедержателем (вмещает до 12 инструментов). Заготовка зажимается в токарном патроне, закрепленном на вращающемся шпинделе. Рабочие органы токарного станка приводятся в движение приводными механизмами, причем скорость вспомогательного хода практически всегда делается выше скорости рабочего.

Классификация токарных станков с ЧПУ по виду выполняемых работ

На сегодняшний день широко используется несколько типов этого оборудования:

• Центровые. Обработка заготовки производится по контуру деталей цилиндрической и конической формы, фасонных поверхностей. Основной способ обработки — точение.
• Патронные. Нарезают резьбу, зенкеруют, сверлят, обтачивают заготовки под фланцы, шестерни, диски, втулки. Токарные станки этого вида могут применяться для обработки как внутренней, так и внешней поверхности деталей.
• Патронно-центровые. Универсальные токарные станки, успешно совмещают технологические возможности по обработке патронных и центровых механизмов.
• Карусельные. Используются для металлообработки крупногабаритных заготовок, деталей неправильной формы. Одностоечные карусельные ЧПУ станки применяют, если диаметр заготовки не превышает 2 м. Для заготовок с диаметром до 12…15 метров потребуются двухстоечные токарные станки ЧПУ.

Конструктивные характеристики

• Для токарных станков с ЧПУ характерна вертикальная или круто наклоненная компоновка. При такой конструкции стружка легче удаляется из рабочей зоны, оборудование с ЧПУ занимает меньшую площадь, можно подключить к станку автоматическое загрузочное устройство любого типа.
• Все несущие конструкции станка выполняются более жесткими, за счет увеличения толщины металла и дополнительных ребер жесткости.
• Токарные станки с ЧПУ оборудуются инструментальными сменными магазинами или автоматическими револьверными головками, которые ставятся на место резцедержателя.

Программирование токарного оборудования

Система ЧПУ токарного станка управляет обработкой детали в соответствии с программой, составленной технологом-программистом. Эти программы пишутся на языке G-code (стандарт RS274), разработанном специально для установок, управляемых с помощью числового программного управления.

Программа на G-code состоит из последовательных нумерованных блоков, называемых кадрами. Каждый такой блок содержит набор команд, на основании которых совершается элементарное технологическое действие, например, позиционирование резца в исходную точку или его движение с определенной подачей и оборотами вглубь металла. Перемещение режущей кромки по заданной программе производится в инкрементной системе координат. Это означает, что координаты каждой последующей точки указываются в виде приращения к координатам предыдущей позиции инструмента. И только выход на исходное положение задается в начале программы в абсолютных координатах.

Программирование станков с ЧПУ

Первая группа — это подготовительные команды, которые задают:

• систему координат и рабочую плоскость;
• точку начала координат;
• тип движения (ускоренное, рабочее);
• вид траектории движения (линейное, круговое);
• координаты позиционирования;
• значение подачи и оборотов шпинделя;
• переход к сверлению и нарезанию резьбы;
• значение коррекции инструмента (по радиусу и по длине).

Группа M-команд — это вспомогательные команды. Они управляют электромеханическими и гидравлическими устройствами, а также выполнят служебные функции внутри программы. Чаще всего применяют следующие M-команды:

• включение шпинделя и задание ему направления вращения;
• остановка вращения шпинделя;
• автоматическая смена инструмента (поворот инструментальной головки);
• ручная смена инструмента;
• включение и выключение подачи СОЖ.

Принцип числового программного управления токарным станком

В отличие от фрезерных, в токарных станках вращается не инструмент, а заготовка. Поэтому программирование для их систем CNC имеет некоторые особенности. Во-первых, перемещение в радиальном направлении задается по оси X, а в продольном — по оси Z. Во-вторых, при составлении программ ЧПУ параметры задаются в миллиметрах на оборот, а не в миллиметрах в секунду, как при операциях фрезерования.

Последние тенденции металлообработки

Стоит обсудить, хотя бы поверхностно, тенденции развития отрасли

Пристальное внимание уделяется работающим с высокой скоростью 5-координатным станкам, с наличием линейных приводов и сложных систем спутников. Поэтому обработка с их помощью (резание с высокой скоростью) востребована в аэрокосмической и автомобильной сфере, а также на предприятиях по производству штампов и пресс-форм

Но из-за того, что линейные приводы сильно нагреваются, сфера их использования ограничена – разве что в дыропробивающем прессе и лазерном станке, а в случае с обрабатывающими роботизированными центрами их применение проблематично. Хотя, фирме DMG удается их применять для работы 5-координатного станка.

Еще 20 лет назад для производства станины и стоек станка с ЧПУ применяли металлы, а в качестве эксперимента, делали их из полимерных композитов. Сегодня это уже испытанный и широко применяемый материал. Речь идет о двух видах материалов:

1. МПК (минералполимерный композит или полимерный бетон) фирмы Studer. Его фирменные названия в станкостроении – гранитан и синтегран.
2. Phillycast (его выпускает ITW Philadelphia Resins) состоит из крошки гранита, эпоксидных смол, отвердителей и пигментов. Гранит в технологическом процессе иногда заменяют композитом кварца.

Литье станины станка ЧПУ по металлу (полимерный композит) имеет ряд важных преимуществ. У него:

• отличный уровень гибкости отливки;
• показатель вибропоглощения в 10 раз превосходит аналогичный у чугуна и стали;
• у режущих инструментов и шлифовальных кругов образуется повышенная стойкость – до 30%;
• наблюдается стойкость к химическим воздействиям (в том числе, к смазочно-охлаждающей жидкости), коррозии, а также материалу не повредят кратковременные колебания температуры.

О преимуществах устройств с ЧПУ

Главным преимуществом специального токарно-давильного станка с ЧПУ РТ305М, является высокий показатель степени автоматизации производства, так как вмешательство оператора устройства в его технологический процесс сведено минимально. Главной задачей обслуживающего персонала при числовом управлении установкой, является токарная обработка изделий, практически выполняя только лишь подготовительные и заключительные производственные операции, например:

• установка и закрепление детали;
• снятие уже обработанного изделия;
• техническая наладка инструментов.

К преимуществам использования токарных приспособлений с числовым управлением также относят:

• производственная гибкость, при которой для обрабатывания разных изделий достаточно только заменить или скорректировать управляющую программу;
• бесконечное число повторяющих циклов при достаточно высоком уровне параметра обработки деталей;
• возможность такой обработки изделий, которая порой недоступна на обычных простых токарных устройствах;
• долгий срок эксплуатации токарных станков с ЧПУ, технические характеристики, которых на порядок выше, по сравнению с обычными станками, особенно при использовании автоматической подачи СОЖ (смазочно-охлаждающих жидкостей) в области резки.

Принцип программирования

Что такое ЧПУ? Если говорить о комплектации, то система состоит из:

• Шкафа с пультом оператора.
• Дисплея.
• Контроллера управления — устройства, обрабатывающего информацию УП и управляющие работой приводов.
• Постоянного и оперативного запоминающего устройства (память).

В первую очередь работа этих устройств направлена на оперативное и корректное выполнение команд управляющей программы (УП). Но кто, и как ее пишет? Если вы хотите знать все о станках с ЧПУ, без этой информации не обойтись.

Для создания управляющей программы можно воспользоваться одним из предложенных методов:

А) Ручное программирование. Программная часть УП пишется технологом, который путем ввода числовых данных задает координаты перемещения рабочего органа вручную. Это трудоемкий и кропотливый процесс, поэтому его применение оправдано только если на производстве всего несколько автоматизированных станков, и они ориентированы на изготовление простых деталей.

Б) Программирование с пульта оперативной системы числового программного управления (shop-floor). УП пишется с использованием сенсорного экрана и джойстика, расположенных на стойке станка. Модели пятого поколения при вводе управляющей программы могут использовать диалоговый режим. Оператор ЧПУ, в любой момент, может протестировать программу или провести ее коррекцию.

В) Метод программирования с помощью систем САПР и CAM. Используется при написании программ для изготовления сложных деталей, с большим количеством задействованных операций. Программные средства управления пишутся в несколько этапов.

• С помощью графических программ САПР (AutoCAD, Solid, Catia, Компас) инженеры создают электронный чертеж детали.
• В программу САМ (SheetCam, Kcam. MeshCam, CorelDraw) загружается полученный графический файл, предварительно преобразованный в формат DXF, Exeilon, HPGL, Gerber. Таким образом импортируется геометрия детали. Задача программиста-технолога описать траекторию движения рабочего органа путем задания чисел, выбрать способ обработки из предложенных вариантов, назначить рабочий инструмент. Параллельно процессу написания программы на экране происходит ее визуализация (функция бэкплот).
• Создается промежуточный Cl-файл на базе информации полученной из предыдущего этапа. Этот файл обрабатывается специальной программой, которая называется постпроцессор или паспорт. На выходе получают управляющую программу в соответствии с форматом конкретного станка. В этой УП команды уже сгенерированы в виде G- и М-кодов.

Требования к подобному программному обеспечению, как вы понимаете, довольно высоки. УП стоит тысячи долларов и токарем она не пишется.