Станки с ЧПУ для металлообработки: виды оборудования, важнейшие детали, достоинства программного управления

Устройства с числовым программным управлением (ЧПУ) произвели настоящую революцию в сфере металлообработки. В последние годы предприятия и производства металлообрабатывающей промышленности стали массово переходить на станки с ЧПУ для обработки металла. И в данной статье мы рассмотрим несколько вопросов, касающихся металлообработки ЧПУ:
1. Что такое металлообработка ЧПУ?
2. В чем ее основные преимущества?
3. Принципы и особенности работы станков с ЧПУ?

Если коротко, то ЧПУ обработка металла – это полностью автоматизированный процесс, в котором всю работу выполняет компьютерная программа по заданной оператором схеме. Электронный командный блок числового программного управления (ЧПУ), установленный на металлообрабатывающее оборудование, контролирует все этапы металлообработки и создает изделие на основе заданных параметров.

    Классический станок – механическая система, позволяющая перемещать инструмент относительно обрабатываемой поверхности в ручном режиме. Работы по изготовлению металлоизделия проводятся мастером-станочником.

Под контролем системы программного управления находится множество механических, пневматических и гидравлических узлов и элементов. Система ЧПУ обеспечивает их точное передвижение в пространстве и взаимодействие без переналадки. Выполняя командные импульсы блока управления резец и обрабатываемая поверхность перемещаются относительно друг друга по 3-м координатным осям относительно заранее выбранной базовой точки с координатами (0, 0, 0).

Преимущества ЧПУ обработки металла

Разница между результатами на полностью автоматизированном оборудовании и классическим способом очевидна. В первом случае человеческий фактор сводится, практически, к «нулю». Отсюда вытекает не только повышенная точность выполняемых работ, но и более высокая производительность. Быстродействие электронного «мозга» при отдаче рутинных, запрограммированных команд на несколько порядков выше человеческого, а отсутствие посторонних мыслей и отвлекающих факторов позволяет блоку ЧПУ выполнить последовательность операций только правильно и никак иначе.

Обработка металла на станках с ЧПУ по сравнению с ручным управлением имеет неоспоримые преимущества:

  • использование комплекса из двух обрабатывающих головок, что позволяет вести механообработку сразу в двух плоскостях одновременно;
  • отсутствие необходимости частой переустановки обрабатываемой заготовки;
  • быстрая замена инструмента;
  • регулируемая электроникой воздушно-капельная система охлаждения режущей кромки;
  • высокая производительность в серийном производстве;
  • изготовление штучных изделий сложной конфигурации;
  • выполнение станочных работ с точностью и чистотой поверхности до седьмого квалитета;
  • возможность обрабатывать резаньем не только плоскости, но и криволинейной поверхности.

Принцип работы автоматизированного комплекса

Последовательность действий при металлообработке на станке с ЧПУ включает несколько шагов:

  • Оператор выставляет заготовку на рабочий стол (зажимает в кулачковый патрон) и выверяет ее с осями координат.
  • Выставляет индикатор в базовую точку с координатами (0, 0, 0) и обнуляет систему координат.
  • Выбирает на пульте управления соответствующую программу или запрограммированную последовательность отдельных операций.
  • Встроенный декодер преобразует программные последовательности в командные сигналы для исполнительных механизмов.
  • Роботизированный комплекс устанавливает в шпиндели (резцедержатели) режущий инструмент из соответствующей ячейки передвижного штабелёра.
  • Автоматическая система устанавливает запрограммированные режимы скоростей вращения шпинделя и подачи режущего инструмента.
  • При поступлении команды о начале работы автоматически включается система воздушно-капельного охлаждения.
  • После окончания работы все узлы перемещаются в нулевое положение.

Станки для обработки металла с ЧПУ

Металлообрабатывающие автоматизированные комплексы делятся на две группы:

  • Токарная.
  • Фрезерная.

Станочный парк токарной группы

К этой группе относится оборудование, предназначенное для обработки элементов, имеющих в основе своей геометрии тела вращения: прямые и многоступенчатые валы, конические и цилиндрические втулки, шкивы, шаровые опоры и т.п.

Принцип работы таких механизмов следующий: заготовка зажимается в вертикальный или горизонтальный патрон, установленный на шпинделе; резцы крепятся в поворотный резцедержатель; за счет вращения патрона и перемещения режущей кромки инструмента в двух осях (третья зафиксирована по центру токарного патрона) происходит снятие слоя металла с заданной программой поверхности.

Станки для обработки металла с ЧПУ токарной группы могут быть следующих видов:

  • Токарно-винторезные (шпиндель вращается в горизонтальной плоскости, режущий инструмент перемещается по осям X и Y). Применяются для производства тел вращения небольшого диаметра, а также при механообработке деталей, длина которых значительно превосходит наружный диаметр.
  • Токарно-карусельные (вращение шпинделя происходит в вертикальной плоскости, перемещение инструмента по осям Y и Z). На таком оборудовании обрабатываются литые заготовки или сварные узлы, имеющие значительные диаметры от 500 мм до нескольких метров.

Станочный парк фрезерной группы

Станки этой категории используются для фрезеровки поверхностей различной конфигурации: шпоночные и направляющие пазы, шлицы, зубья и канавки, взаимно перпендикулярные, параллельные или наклонные поверхности и т.п.

Резец в этом случае зажимается в шпинделе, который имеет заданное число оборотов и перемещается вместе с фрезерной головкой по осям X, Y и Z. Обрабатываемая деталь жестко крепится на поворотный стол с возможностью поворота на 360 градусов.

Станки для обработки металла с ЧПУ фрезерной группы включают в себя:

  • Многофункциональные фрезерные центры. Оборудование предназначено для фрезеровки в трёх плоскостях небольших по своим габаритам деталей и узлов.
  • Координатно-расточные станки. Такой вид оборудования используются для расточки внутренних отверстий большого диаметра, сверловки отверстий по заданным координатам, фрезеровки в трёх плоскостях средних деталей и узлов.
  • Портальные фрезерные центры. Режущие многошпиндельные головки на агрегатах такого типа перемещаются относительно детали с помощью портальной установки, что позволяет производить механообработку узлов с линейными размерами в любой оси до нескольких метров.

Наличие блока числового программного управления позволяет в разы увеличить производительность, особенно в случае изготовления сложных криволинейных поверхностей. И вместе с тем сохранить точность изготовления на стабильно высоком уровне. Эксплуатация металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ наиболее эффективна в массовом, серийном производстве. Но они также нашли широкое применение при изготовлении индивидуальных заказов.

Компания ОДО «Магилаз» имеет собственный парк металлообрабатывающих станков ЧПУ и принимает заказы на изготовление деталей по чертежам заказчика или образцу. В наличии многофункциональное оборудование для токарной, фрезерной металлообработки.

Несколько десятилетий назад на машиностроительных заводах появились станки с ЧПУ для металлообработки. Чтобы обработка заготовки выполнялась очень точно, была разработана специальная программа. Качество такой технологической обработки детали не зависит от человека. Деталь не нужно перезакреплять, во время операции она не двигается. В результате повысилась точность обработки.

Виды оборудования с ЧПУ

Современные станки с ЧПУ классифицируются по нескольким критерием. Каждый считается важным для нормальной работы оборудования:

  • Подача рабочего инструмента.
  • Передвижение бабки по определённым числовым координатам.
  • Расположение шпинделя.

Промышленность изготавливает универсальное оборудование, оснащённое программным управлением. Виды станков с ЧПУ отличаются от других большим набором режущих приспособлений. Каждое изделие отличается своей компоновкой. Это оборудование подразделяется на несколько групп:

  • Широкоуниверсальные.
  • Токарные.
  • Консольные.
  • Вертикальные.
  • Продольные.

Обработка металла на станках с ЧПУ происходит автоматически. Чтобы выполнять всевозможные технологические операции, промышленность изготавливает различные виды таких аппаратов. Они делятся на группы:

  • Разомкнутые. Устройства оборудованы шаговым двигателем, позволяющим точно дозировать движение рабочих механизмов аппарата.
  • Замкнутые. Эти системы оборудованы датчиками, осуществляющими контроль над работой станка. Движение рабочих узлов выполняет специальный привод.
  • Металлообработка на станках с ЧПУ была бы просто невозможно без электродвигателей. Прямой привод, совместно со специальным редуктором, осуществляет вращение шпинделя.
  • Для обработки крупногабаритных деталей применяются металлообрабатывающие горизонтальные системы.

Важнейшие детали оборудования

Обычно станина делается литой. Конструкция получается очень жёсткой, обладающей демпфирующим потенциалом. Если форма станины имеет сложную конструкцию, прибегают к сварочным работам.

Любой станок обязательно имеет направляющие скольжения. Благодаря силе трения, скорость движения рабочих механизмов становится минимальной. Линейные направляющие обеспечивают высокую точность перемещения.

Для обработки, заготовку закрепляют в шпинделе станка, имеющим несколько видов:

  • Ротор с электродвигателем.
  • Вращение осуществляется с помощью ремённой передачи.

Роторный шпиндель вращается со скоростью 100 тыс. об. мин. Этот механизм устанавливается на станки, производящие обработку сложных штампов, а также различных пресс-форм.

Ремённая передача не развивает такой высокой скорости. Обычно около 15 тыс. оборотов. Она предназначена для работы с более простыми деталями.

Технология и особенности обработки

Если правильно настроить программное управление, появляется возможность обрабатывать различные поверхности заготовки с одной установки. На фрезерном станке, оборудованным ЧПУ, можно выполнить несколько технологических металлорежущих операций:

  • Зенкерование.
  • Развёртывание.
  • Сверление.
  • Фрезерование криволинейной плоскости.
  • Обработка цилиндрической поверхности.

Для таких работ используются три координатные оси. Для сложной обработки применяется пять осей. Например, обработка на высокой скорости фасонной поверхности.

Большое количество осей даёт возможность вращать деталь в определённом направлении относительно одной оси и одновременно передвигать инструмент, относительно заготовки. Довольно часто ось шпинделя, наклонённая под определённым углом, становится пятой координатой.

Обработка радиусных галтелей, после соответствующей настройки ЧПУ, происходит за одну фиксацию. Для этого используются специальные концевые фрезы с характерным закруглением режущей кромки.

Любой фрезерный станок с ЧПУ можно модернизировать. Достаточно на рабочий стол добавить поворотный механизм. Аппарат сможет проводить обработку в пяти различных координатах. Правда, такая модернизация уменьшает рабочее пространство фрезерного оборудования.

Популярное фрезерное оборудование

В России на станкостроительных предприятиях выпускаются фрезерные станки, оснащённые ЧПУ, которые можно встретить на многих машиностроительных предприятиях.

  • 6Р13ФЗ. Станок имеет три координаты и несколько высокомоментных электродвигателей. Аппарат оборудован адаптивным контролем, имеет систему управления «Н33−2М». Скорость подачи концевой фрезы — 2019 мм/мин.
  • 6М11ФЗ.Очень простой в обслуживании фрезерный станок. Программирование рабочих операций осуществляется в течение нескольких минут в соответствии с технологическим процессом.
  • ЛФ66ФЗ. Фрезерный аппарат, вертикального исполнения, оборудованный крестовым рабочим столом.
  • VCenter Н-400. Выпускается в Тайване. Специальный горизонтальный центр, предназначенный для обработки конструкционных сталей, а также алюминия. Одновременно в магазин аппарата входит 40 режущих инструментов. Имеется возможность увеличить это количество до 90 штук.
  • VCenter-55/7. Оборудование для обработки заготовок из цветного металла.
  • АХ-800. Фрезерный центр, имеет пять осей, показывает высокую производительность.

Остаётся востребованным также оборудование, изготовленное за рубежом. Самыми популярными считаются станки:

  • Hurco.
  • Zenitech.
  • ARES-SEIKI.
  • Yangli.
  • KNUTH.

Токарные станки

Советские станкостроительные комбинаты (Ульяновский, Львовский, Горьковский, Дмитровский) выпускали довольно широкий модельный ряд агрегатов с программным управлением, которые и по настоящее время эксплуатируются на промышленных предприятиях.

  • 16А20Ф3. Этот отечественный станок можно встретить на большинстве машиностроительных предприятий. Аппарат оборудован управляющей программой «Электроника НЦ-31». Шпиндельный механизм имеет три скорости вращения. Специальный датчик, совместно с приводом позволяет нарезать резьбу.
  • МК6713С5. Считается высокоточным токарным станком, оснащённым крестообразным суппортом. Он может одновременно работать с шестью резцами. Станок разработан для выполнения следующих технологических операций: нарезка резьбы, точение, расточка, операции с дисками.
  • Кроме станков российского производства, обработку заготовок выполняют также и на иностранном оборудовании, оснащённом ЧПУ. Например, TRENS SBL300. Этот станок имеет два шпинделя. Он может обрабатывать: валы, фланцы, сложные заготовки. Универсальность такого оборудования заключается в возможности выполнять фрезерные операции.
  • Vturn-V760. Отличается от других аналогичных изделий шпиндельным механизмом, который расположен вертикально. Рабочая головка имеет восемь позиций. Установлен гидравлический двенадцатидюймовый патрон. Стружка удаляется конвейерным способом. Автоматизированная подача смазки. Есть различные резцедержатели. Цветной дисплей. Управляющая система — «Fanuc 0i-T».
  • LS360 CNC. Станина этого токарного станка, установлена под определённым углом. Оборудование может обрабатывать цветные металлы, а также нержавеющую сталь. Японский гидравлический механизм «Yuken» повышает надёжность станка. Подача смазки происходит автоматически. Рабочая головка имеет 8 позиций, что позволяет обрабатывать детали различной конфигурации.

Настройка станков с ЧПУ, выпускаемых в наши дни для работы с металлоизделиями, не вызывает у специалистов затруднений. Важно только учитывать ряд общих особенностей, характеризующих фрезерную обработку заготовок.

О выборе универсального станка с ЧПУ для деревообработки можно прочитать в этой статье.

Станки с ЧПУ уверенно вытесняют морально устаревшие механические модели, требующие участия человека для обработки металлозаготовок. Такие установки созданы на базе автоматизированных технологий. Современные станки для металлообрабатывающих предприятий оснащены числовым программным управлением, сами выполняют операции по вычитыванию схем, регулированию параметров работы. Участие человека сводится к управлению установками. Оператор задаёт основные программы. Все функции машина выполняется сама за счёт установленного в неё ЧПУ.

Оснащённое числовым программным управлением, оборудование превосходит стандартные станки сразу по 3 ключевым параметрам:

  • производительности. Характеризуется улучшенными показателями;
  • качества и точности обработки металла;
  • экономичности. Использование оборудования с программным управлением позволяет снизить затраты на содержание штата сотрудников.

За автоматизированными станками будущее металлургии, поэтому сегодня они повсеместно внедряются на производстве.

Разновидности установок с ЧПУ.

Оборудование с ЧПУ для обработки металла — современные установки, что поддаются программированию на определённый режим работы. В зависимости от назначения и технологических операций, разделяется на 3 группы:

  • токарное;
  • фрезерное;
  • широкого спектра действия.

Последние — машины универсального назначения. По диапазону рабочих режимов такие станки уступают узкоспециализированному оборудованию. Подходят для обеспечения нужд небольших производственных цехов. Закупка такого оборудования позволит сократить расходы и эффективно сэкономить пространство. Наиболее распространённые и востребованные — токарные установки. На таких станках, оснащённых ЧПУ, изготавливают детали, выполняют нарезку, точение и сверление железных заготовок. Такое оборудование представлено на рынке в широком видовом составе.

Типы токарных станков с ЧПУ.

Оборудование представлено машинами с разным принципом установки. Так, токарные станки, оснащённые ЧПУ, различаются на вертикальные и горизонтальные модели. Согласно отличиям по функционалу, бывают токарно-фрезерными и для работы с деталями крупногабаритных размеров. Перечень видов на этом не заканчивается, на сайте компании «Акма» можно уточнить другие типы станков с числовым программным управлением.

Особенности отдельных видов установок с ЧПУ.

Станки с ЧПУ различаются по назначению и набору функций. Горизонтальные машины рассчитаны на работу в широком диапазоне частотных режимов. Допустимые параметры определяются типом металла. На производстве эти машины применяют для обработки поверхностей изогнутой конфигурации: конических, цилиндрических и пр. Эти станки оснащены режимами для выполнения основных операций по обработке заготовок из цветного и чёрного металла: сверления, резьбы, точения деталей.

Оборудование с ЧПУ токарно-фрезерного типа сочетает функции сразу двух установок. На таких машинах можно за один приём выполнить широкий комплекс операций по обработке заготовки. За счёт этого сокращаются затраты времени и повышается производительность станка, рост объёмов производства.

Оборудование для работы с крупногабаритными деталями (d>200мм) характеризуется узкой спецификой назначения. Такие станки незаменимы в подготовке больших заготовок. Оборудование для металлообработки этого типа характеризуется высокими показателями мощности и производительности, экономит время на выполнение технологических задач.

Источник: сайт www.akma.com.ua

Видео пример обработки металла станком с ЧПУ.