Особенности станков ЧПУ

Станки с числовым программным управлением, без которых просто невозможно представить себе современное высокотехнологичное производство, – это комплекс сложного оборудования, предназначенного для решения ряда задач.

Их применяют для выполнения рутинных операций, например при металлообработке большого числа заготовок с высокой скоростью и точностью или при сложнейших работах по созданию тканей.

Существуют и бытовые модели, предназначенные для установки на столе.

Новые виды оборудования позволяют сократить рабочий персонал до минимума, что может позволить решить проблему дефицита квалифицированных специалистов. Однако требования, которые приходится предъявлять к персоналу, обслуживающему любой станок ЧПУ, существенно возросли.

Не забудь поделиться с друзьями!

Особенность оборудования

Для наладки, пуска и ремонта станков ЧПУ уже недостаточно базовых навыков специалиста 20 века.

Наладчик и оператор должны быть знакомы с современными методиками, например иметь некоторые представления о программировании, знать основы и принципы работы электронной и компьютерной техники. Без достаточного количества таких специалистов станочный парк, даже самый высокотехнологичный, не обеспечит окупаемость этого весьма недешевого оборудования.

Схему работы станка с ЧПУ можно описать упрощенно. Например, работа металлообрабатывающего станка выглядит примерно так: параметры будущего изделия вводятся в память аппарата через компьютер, обрабатываемая заготовка крепится в станке соответствующим образом. Настраивается необходимая оснастка. После запуска станка заготовка обрабатывается по определенной программе, заложенной в компьютере. На выходе получают готовую деталь или изделие с необходимыми свойствами.

Подготовка иных станков может потребовать более сложных манипуляций. В оборудование, производящее сварочные работы, необходимо будет заправить сварочную проволоку, подключить баллоны с газом. Ткацкие станки с ЧПУ потребуют заправки соответствующих материалов.

Виды станков для обработки дерева и металла

Портальные металлообрабатывающие станки с ЧПУ и оборудование для работы с древесными материалами наиболее распространены и востребованы на сегодняшний день. Принципы обработки металла и древесины во многом схожи, поэтому можно рассмотреть одновременно обе группы, с некоторыми оговорками:

• токарные станки выполняют обработку крутящихся заготовок методом резания. Заготовки могут представлять собой болванки различного сечения как из металла, так и древесины. Кроме этого, на таких станках можно нарезать все виды резьбы;
• фрезерные (фрезеровочные) и фрезерно-центровальные станки необходимы для работы на плоских и фасонных поверхностях с применением различных фрез (в горизонтальной и вертикальной плоскостях);
• сверлильное и сверлильно-расточное оборудование применяется для получения сквозных и глухих отверстий, а также зенкования и зенкирования отверстий;
• шлифовальные станки с ЧПУ нужны для обработки поверхностей заготовок и готовых изделий различными методами шлифовки.

Пользуются спросом вертикально-фрезерные станки с ЧПУ, предназначенные для обработки металлических деталей сложной формы.

Реже встречаются некоторые другие виды специальных, как правило, универсальных, станков. Например, гравировально-фрезерные станки применяются при работе с деревом, оргстеклом, пластиком, фанерой, цветными металлами. Могут использоваться в небольших мебельных, рекламных и полиграфических мастерских для раскроя материалов и нанесению различных надписей и гравировок.

Чтобы правильно выбрать станок с ЧПУ, надо четко представлять, для каких целей он нужен, с какой точностью предстоит обрабатывать металл или дерево, в каком объеме будет проводиться работа. Оборудование для обработки дерева имеет практически такую же конструкцию, как для металла, но отличается меньшей мощностью, что скажется на цене. Если необходимо выполнять гравировку, то можно остановить выбор на современной модели, выжигающей лазером. Существуют плоттеры, предназначенные специально для дома, стоимостью порядка 500 долларов и больше.

Устройство некоторых видов

Фрезеровальные, токарные и другие виды станков имеют несколько схожих конструктивных элементов. При сборе самодельного ЧПУ-станка это надо иметь в виду.

Станина. Представляет собой чугунное основание, на котором закреплены основные узлы оборудования. Как правило, предусмотрена возможность ее монтажа к полу. Небольшие станки для дома могут иметь облегченную станину.

Электродвигатель –  основная силовая установка. В универсальных станках может присутствовать несколько электродвигателей разного типа.

Приспособления для удержания заготовки. В разных станках применяются различные устройства. В токарных и токарно-револьверных станках заготовка фиксируется в зажимном патроне, который является окончанием шпинделя – вала, вращаемого электромотором. На сверлильных и шлифовальных станках заготовка фиксируется на рабочем столе зажимными приспособлениями.

Приспособление для удержания рабочего инструмента. Это могут быть зажимные патроны различных видов. В том числе патроны револьверного типа, позволяющие одновременно фиксировать несколько видов рабочего инструмента: резцы, сверла или фрезы. Во время работы при смене режимов обработки выбор необходимого инструмента будет осуществляться автоматически. В таком случае операции будут последовательно выполняться без остановки станка.

Приспособления для охлаждения заготовки и режущего инструмента. В процессе работы, во избежание перегрева, к рабочей зоне подается охлаждающая жидкость, что сохранит режущий инструмент от разрушения.

Блок управления. Руководит процессом работы согласно заданной программе. Этот электронный блок – мозг станка. Все операции находятся под его контролем. В этот же блок входит и контроллер, устройство, являющееся частью компьютеризированной системы, которая управляет в пространстве положением рабочего инструмента и заготовок. Важной особенностью контроллера является число осей (2 или 3), которые он способен контролировать и синхронизировать. Для этого используются промышленные комплектующие, не используемые в обычных компьютерах, и специальное программное обеспечение.

Устройство для ввода программы. Оно может быть представлено в виде компьютера или дисплея с буквенно-цифровой клавиатурой. Иногда компьютер встраивается непосредственно в станок, а иногда устанавливается отдельно.

Исполнительные механизмы. Это разного типа сервоприводы, шаговые двигатели, датчики и прочие вспомогательные элементы.

На крупных производственных площадках станки с ЧПУ могут объединяться в целые сети, связанные особым образом. Так формируются, например, конвейерные линии.

Некоторые виды станков могут иметь отличное от указанного исполнение. Станки для плазменной резки выполнены в виде стола, над которым перемещается во всех пространственных положениях рамка с установленным на ней плазмотроном (он является в данном случае рабочим инструментом). Станок комплектуется набором соответствующих баллонов, необходимых для создания потока плазмы, который режет заготовку. Пульт управления с компьютером расположен отдельно во избежание поражения оператора станка ультрафиолетовым излучением.

Обслуживание и наладка, программирование

Обслуживание сложного оборудования должно производиться согласно рекомендациям производителя. В связи с этим обязательно следует изучать всю документацию, прилагаемую к оборудованию. Все механизмы должны периодически смазываться определенными видами смазок. Стружку во время и после работы следует тщательно удалять. Режущий инструмент нужно своевременно затачивать или заменять при поломке.

Начальным этапом наладки станков с ЧПУ является определение того, как должна выглядеть заготовка после ее обработки. Это можно сделать, используя различные компьютерные программы для моделирования, как 3Д, так и более простые – 2Д, другими словами, трехмерные или двухмерные. В компьютерах промышленных станков присутствует ряд шаблонов деталей. Для получения стандартных форм достаточно указать размеры детали, которую необходимо получить на выходе.

Сложные детали нестандартных форм удобнее всего создавать в 3d-редакторах. Изображение будущей детали будет более наглядным. После редактирования файл с программой переносят в память станка. Далее наладчик производит подготовку станка к запуску: устанавливает режущий инструмент, производит диагностический запуск станка, устанавливает заготовку в место ее крепления. После обработки первой заготовки должен производиться контрольный замер. В случае отсутствия дефектов цикл повторяется.

Техника безопасности

В связи с тем, что работа станков с ЧПУ ведется в автоматическом режиме, около станка обязательно должен находиться наладчик или оператор, готовый при необходимости обесточить оборудование. Необходимо следить, чтобы все предохранительные кожухи во время работы были закрыты, а сам станок был заземлен. Обязательно предусмотреть наличие средств пожаротушения, в том числе позволяющих тушить электроприборы, находящиеся под напряжением. Весь персонал, допущенный к работе со станком, должен быть специально обучен и иметь все необходимые допуски по безопасности.

Станки ручной сборки (портативные)

Во многих странах мира любители техники оценили по достоинству возможности станков с ЧПУ. Кроме того, портативные аппараты могли бы облегчить жизнь небольшим мастерским, выпускающим продукцию маленькими сериями.

Так как профессиональное оборудование не всегда доступно по цене, стало популярным изготовление станков с ЧПУ своими руками. Некоторые фирмы даже наладили производство настольных 3д-принтеров и различных мини-станков с ЧПУ для любителей самоделок. В интернете можно найти целое сообщество MIR CNC, посвященное мини-ЧПУ (CNC – Computer Numerical Control).

Умельцы собирают станочки, используя запасные части от старых принтеров, сверлильных и фрезерных станков, обрезки металла и фанеру. Некоторые используют даже  акрил, что очень сложно. Среди них встречаются настолько удачные модели, что по функциональным качествам и по надежности конструкции не уступят фабричным аналогам, даже превзойдут их.

Любопытны присутствующие в продаже комплектующие для станков для металла, дерева, которые позволяют, собирая узлы и детали своими руками по чертежу или по собственным схемам, создать неповторимый станок с уникальными свойствами.

Интересны модели лазерных 3Д-принтеров. Их можно приобрести модулями и собрать или купить готовое рабочее изделие. Изготовители позиционируют эти модели как аппараты для создания всевозможных небольших изделий из пластика. Это могут быть шестеренки, подставки, сувениры, игрушки. Печатающая пластиком головка перемещается по трем осям, создавая заданную конструкцию, которая моделируется заранее на компьютере.

Есть в продаже и покрасочные станки с ЧПУ, которые могут заинтересовать мастеров, нуждающихся в покраске большого числа мелких и средних по размерам элементов в мастерской. Эти станки работают с лаками и красками, в том числе с порошковыми.

Предлагаемый кругло-фрезерный станок справится с цилиндрическими заготовками. Производитель рекомендует использовать его для создания декоративных элементов из дерева.

Будущее станков с ЧПУ

Еще в начале 19 века предпринимались попытки создать программируемый станок. В 1804 году французский ткач-изобретатель Жаккар создал станок, позволяющий при помощи программирования простейшими методами создавать незатейливые узоры на тканях. Программа задавалась при помощи картонных карточек с отверстиями (прообраз будущих перфокарт). Однако более или менее серьезное оборудование с принципом ЧПУ появилось лишь во второй половине 20 века.

На сегодняшний день уже невозможно обойтись без высокотехнологичного производства. Работники, паяющие вручную печатные платы для создания электроприборов, ушли в прошлое. Бурное развитие станкостроения, ориентированного как для крупных предприятий, так и для малых, позволяет предположить, что через несколько десятилетий роботизированные линии на производстве всех отраслей и всех масштабов станут нормой.