Классификация станков с ЧПУ, их виды и возможности

Что такое станок с ЧПУ и как он работает?

Станок с ЧПУ – устройство с компьютерным управлением, которое способно преобразовать исходный материал в деталь для использования в более сложном механизме или машине. Управление рабочими процессами происходит за счет программного обеспечения. В результате можно создавать сложные заготовки и детали, снизив риск ошибки.
Аббревиатура ЧПУ расшифровывается, как числовое программное управление. Она отражает особенности работы устройства. На процесс обработки влияют CAD и CAM. Так называют автоматизированное проектирование и производство соответственно. В первую очередь происходит создание 3d модели детали, которую необходимо изготовить. Затем программа запускает работу станка, который под ее контролем выполняет обработку исходного материала. С помощью автоматизированной системы управления удается быстро получить результат. Все заданные параметры соблюдаются с высокой точностью.
В результате качество детали повышается. Станки с ЧПУ активно используются в сфере промышленности. Они позволяют создавать большое количество изделий для ежедневного использования, деталей машин и прочего. Список возможностей оборудования зависит от его вида.

Основные компоненты станков с ЧПУ

Модели устройств с ЧПУ могут сильно отличаться между собой. Однако все станки состоят из схожих компонентов:

1. Программа обработки деталей. Это серия закодированных инструкций, которые используются в процессе изготовления изделий. Программа управляет движениями дополнительных компонентов устройства, обеспечивает его включение и выключение.
2. Устройство для ввода данных. Позволяет задать программу обработки детали в систему управления ЧПУ. 
3. Устройство управления. Это сердце системы, которое обеспечивает выполнение целого комплекса функций, в том числе чтение функций и их расшифровка, реализация интерполяций для генерации команд, их передача, получение обратной связи, а также реализация вспомогательных функций.
4. Механизм привода. В его состав входят схемы усилителя, приводные двигатели и шарико-винотовые передачи.
5. Машина-орудие. Обычно устройство обладает подвижным столом, имеет рабочую головку с инструментом, который движется в заданной траектории. Их положение относительно друг друга управляется по осям X и Y в плоскости и по вертикальной оси Z в заданной системе координат.
6. Система обратной связи. В ее состав входят датчики положения и скорости. Они нужны для выполнения мониторинга за положением режущего инструмента в момент обработки.

Информация поступает на главный блок. Он использует разницу между исходными и поступающими сигналами, чтобы выполнять управление. В результате система быстро корректирует ошибки.

Основные типы станков с ЧПУ

Удобство использования устройств, их точность, способность изготавливать качественные детали, соответствующие заявленным параметрам, повлекли за собой широкое распространение оборудования с ЧПУ. Выделяют несколько категорий таких станков. Их подразделяют в отдельные группы по способу обработки металла, дерева и иных материалов. В список основных видов устройств включают следующие станки с ЧПУ:

1. Фрезерные. В устройствах используются специальные режущие инструменты, которые вращаются в процессе работы оборудования. Во время фрезерования они удаляют металл, превращая заготовку в готовую деталь.
2. Сверлильные. В таких станках установлено сверло. Во время работы станка происходит его вращение. Дополнительно сверло перемещается вокруг блока исходного материала или в контакте с ним.
3. Для химической или электрической обработки. Это относительно новый тип устройств, в которых реализованы особые технологии резки материала. Возможно применение ультразвуковых, фотохимических, электронно-лучевых, иных методов.
4. Токарные. В них реализованы альтернативные методы сверления. В процессе обработки вращается сам материал, а бур остается статичным. 
5. Другие. Сегодня проводится активная работа по поиску новых способов обработки материала. Это приводит к расширению перечня станков. Станки с ЧПУ используют для обработки материалов разного вида. Обычно устройства позволяют создавать детали или готовые изделия из заготовок из пластика, металла, стекловолокна и т.д.

Классификация станков с ЧПУ по типу движения

Как уже говорилось ранее, станки с ЧПУ могут сильно отличаться между собой. Классификация устройств может выполняться по разным параметрам. Например, возможна градация по типу движения. В этой категории выделяют сразу несколько типов станков.

ЧПУ-станки с точечным типом движения

В некоторых случаях необходимо, чтобы деталь и режущий инструмент находились в определенных позициях относительно друг друга. Важно, чтобы положение не менялось в течение всего периода, пока резак выполняет работу. Возможность сохранять положение детали и режущего инструмента предоставляют машины с позиционной обработкой. Внимания заслуживает используемая аппаратура контроля. Она позволяет осуществлять управление по принципу «от точки к точке». Примечательно, что в станках такого типа не нужно программировать скорости подачи. Каждая ось приводится в движение отдельно. Сведения о размерах, передаваемых устройству, представляет собой последовательность требуемых положений двух шпинделей.

ЧПУ-станки с контурным типом движения

Станки с контурным типом движения имеют иной принцип работы. В них происходит движение заготовки относительно режущего инструмента. Маршрут его перемещения задается и контролируется программой. Управление осуществляется за счет устройства контурного управления.

Классификация станков по системе управления

Градация устройств может быть осуществлена на основании системы, управляющей работой станка. Она может быть замкнутой и разомкнутой. Тип системы управления нужно учитывать, подбирая оборудование для промышленного предприятия или иной компании.

ЧПУ-станки с разомкнутой системой

Чтобы устройство начало работать, оператор проводит его настройку. В результате запрограммированные инструкции подаются в блок управления. Они поступают через устройство ввода данных. Затем происходит преобразование информации в электрический импульс. Он поступает в сервоусилитель. У устройства есть как преимущества, так и недостатки. В качестве главного минуса можно назвать отсутствие системы обратной связи, которая позволила бы проверять скорость режущего инструмента и точность его воздействия. Именно из-за этого недостатка разомкнутые системы управления применяются только в точечных станках. В процессе их работы точность решающую роль не играет.

ЧПУ-станки с замкнутой системой управления

В отличие от аналогов, ЧПУ станки с замкнутой системой оснащены обратной связью. Она позволяет контролировать фактическую производительность устройства, а также устранять выявленные расхождения. В результате точность операций повышается. Система обратной связи бывает 2 видов – аналоговой или цифровой. В первом случае происходит измерение физических переменных с точки зрения уровня напряжения. Когда используется цифровая система связи, контроль выполняется с помощью электрических импульсов. Корректировать процесс вручную не нужно. Обнаружив несоответствие, система автоматически исправит ошибку.

Классификация станков по количеству осей

Станки с ЧПУ могут быть оснащены разных количеством осей. Этот параметр также ложится в основу градации. В продаже можно найти технику с 2-5 осями.

ЧПУ-станки с 2 и 3 осями

В конструкции устройства может быть предусмотрено 2 или 3 оси, которые приводят его в движение. Это влияет на особенности течения технологических процессов. Ярким примером такого устройства являются токарные станки. В процессе работы осуществляется одновременное управление всеми осями. Это позволяет проводить обработку геометрически сложных поверхностей.

ЧПУ-станки с 4 и 5 осями

Количество осей в устройстве может быть увеличено. Подобный подход позволяет проводить многоосевые обработки заготовок. В результате появляются возможности для создания деталей сложных форм. Они могут быть практически любыми. Многоосные ЧПУ станки крайне важны. Они позволяют сократить производственный цикл. В результате на 1 устройстве проводиться не часть работ, а выполняется все количество операций с одного установки. Дополнительно повышается точность обработки, поскольку устройство самостоятельно устраняет ошибки.

Классификация станков с ЧПУ по типу привода

Станки с ЧПУ созданы для автоматизации управления техническими процессами и получения результата, который максимально точно соответствует заявленным параметрам. Для этого выполняется полный программный контроль за движением всех элементов оборудования. Устройства оснащают приводами. Они нужны для обеспечения управляемого движения всех компонентов станка. В состав приводной системы входят двигатели и шарико-винтовые передачи. Для активации работы устройства блок управления посылает интенсивные сигналы. Они запускают двигатели, которые вращают шарико-винтовые передачи. В результате стол приводится в нужное положение.

Сегодня существует большое количество видов станков с приводом. Они могут отличаться по размеру, производительности и характеристикам. Но основная разница состоит в типе привода.

Гидравлические станки с ЧПУ

Габаритная мощность гидравлических станков с ЧПУ больше, чем у других видов устройств. Оборудование с таким приводом обеспечивает самое плавное и крайне точное движение режущего инструмента. Однако устройства обладают рядом минусов. Они громоздкие и одновременно сложные в обслуживании. В результате установка такого устройства требует много места и наличия профессионального оператора. Дополнительно есть риск возникновения возгорания. Ситуация может произойти в связи с тем, что различные виды масла, используемые для работы устройства, воспламеняются при высоких температурах, возникающих во время работы

Электрические станки с ЧПУ

Электрические станки, в основном, компактны и просты в управлении. Небольшой размер позволяет значительно экономить место. Работу оборудования обеспечивает серводвигатель постоянного или переменного тока.

Пневматические ЧПУ-станки

Приводы устройств этого вида используют воздух в качестве рабочего вещества. Оно считается пожаробезопасным и общедоступным. Приводы, которые приводятся в движение путем воздействия воздуха, конструктивно просты. Кроме того, в них достаточно функций, чтобы производить основной перечень операций. Устройства точно справляются с выполнением поставленных задач. Однако приводы маломощные и довольно шумные. Кроме того, наблюдается меньшая точность позиционирования.

Преимущества и недостатки станков с ЧПУ для бизнеса

Многие компании активно приобретают и используют станки с ЧПУ. Устройства приобретают по следующим причинам

• автоматизированное оборудование с ЧПУ создает условия для исключения ручного труда;
• внедрение устройств становится выгодным способом для повышения качества выпускаемой продукции и уровня производства в целом;
• можно резать исходный материал, создавать отверстия на нем и проводить иной вид обработки с максимальной точностью;
• можно создавать детали любой сложности и геометрии;
• оборудование с ЧПУ может работать круглосуточно, выдерживая работу в несколько смен;
• внедрение станков с ЧПУ снижает риск травмирования, поскольку прямое взаимодействие с режущими частями, которые размещены в корпусе, не осуществляется;
• со станками горизонтального или вертикального перемещения удается сократить штат и уменьшить расходы на персонал.

Однако необходимо помнить и о минусах такого оборудования.
Они следующие:

• цена на автоматизированное оборудование выше;
• техническое обслуживание устройств требует больших затрат;
• переход на автоматизированное оборудование часто вызывает недовольство в коллективе рабочих, поскольку персонал боится сокращений.

В целом, внедрение станков с ЧПУ дает бизнесу новые возможности для повышения производительности и эффективности.

Реальное применение станков с ЧПУ

Станки с ЧПУ предназначены для выполнения целого комплекса операций. Это приводит к возникновению необходимости в них в разных сферах. Причем активное использование нового автоматизированного оборудования производится не только на промышленных предприятиях или производстве мебели. Оборудование позволяет создавать изделия даже для тех сфер, где важна высочайшая точность.

Аэрокосмическая индустрия

В производственной зоне аэрокосмической промышленности используют только высокоточное оборудование. Строгое соблюдение заданных параметров считается крайне важным, поскольку от этого зависит риск возникновения ошибки в процессе функционирования готового механизма. По этой причине в производстве активно используют станки с электронным управлением. Это универсальное оборудование, которое позволяет создавать детали нужной формы и в соответствии с заданными требованиями.

Электросвязь

Высокоточная резьба и обработка с использованием станков с ЧПУ также считается распространенной в телекоммуникационной сфере. Такое оборудование часто применяют при наличии потребности в строгом соблюдении заданных параметров. Для телекоммуникационной сферы это крайне важно, поскольку часто детали используются в критически важном оборудовании, от которого находится в зависимости большое количество людей.

Здравоохранение

В медицинском производстве точность очень важна, поскольку от этого зависит здоровье человека. Готовые устройства, попадающие в медицинские магазины, должны выполнять конкретную задачу, быть безопасными и исправно функционировать. Если оборудование сломается во время операции, или вмешательство будет выполнено не под тем углом из-за сбоя в работе системы, это создаст ущерб здоровью, а затраты на его восстановление могут быть невосполнимыми. По этой причине используемое оборудование должно позволять выполнять микрообработку деталей и проводить процедуры высочайшей сложности. Станки с ЧПУ справляются с этими задачами. Достаточно загрузить файл в систему или выполнить настройку с пульта управления, и устройство сделает все заданные операции без дальнейшего участия специалистов.

Автомобилестроение

В автомобильной промышленности наблюдается высокая конкуренция, поэтому производители стремятся улучшать качество и общие характеристики продукции, создавать условия для защиты от воздействия внешних факторов, проводить работу в направлении совершенствования выпуска товара в целом. Внедрение станков с ЧПУ позволяет повысить скорость процесса изготовления, автоматизировать производство, добиться повторяемости действий и получить ряд преимуществ перед другими компаниями. В результате большинство автопроизводителей переходят на использование такого оборудования.

Заключение

Таким образом, значение станков с ЧПУ нельзя переоценить. Они позволяют проводить целый комплекс операций и создавать металлические, деревянные, иные детали строго в соответствии с заданными параметрами. Особенности работы оборудования определяются с помощью программирования. Благодаря автоматическому контролю, наличию обратной связи удается проводить операции с повышенной точностью. В результате растет качество товара, увеличивается скорость производства. Однако стоимость оборудования довольно высокая. Кроме того, его внедрение может вызвать недовольство со стороны персонала, опасающегося возможных увольнений.