Как и прочие участники рынка, производственные предприятия вынуждены конкурировать за внимание потребителя и сокращать издержки. Соответственно, появляется необходимость в оптимизации технологических процессов, ускорении работы, сведении к минимуму «человеческого фактора».

Этого можно добиться за счет модернизации производства и внедрения оборудования, отвечающего современным требованиям.

Хорошим решением становятся станки с ЧПУ, которые отличаются универсальностью в применении. Их задействуют в различных областях, включая производство деталей для аппаратов, автомобилей, электронной и аэрокосмической отрасли.

Станок с ЧПУ полностью или частично автоматизирован, что значительно повышает эффективность предприятия. Оборудование способно выполнять множество операций – обрабатываемую заготовку не придется перемещать по цеху.

Станок ЧПУ – расшифровка термина

Аббревиатура ЧПУ расшифровывается как «числовое программное управление». Это электронный блок, управляющий технологическими стадиями обработки посредством заранее заданных программ. Это дает возможность достигать высокой точности и автоматизации в производстве. В состав ЧПУ входят следующие компоненты:

• Консоль, с помощью которой выставляют нужный режим работы
• Дисплей (панель управления оператора)
• Вычисляющий модуль-контроллер, определяющий параметры перемещения инструмента
• ОЗУ – оперативная память для кратковременного хранения данных программ
• ПЗУ – память для долгосрочного хранения констант

Станки ЧПУ используют компьютерные программы для управления движениями и операциями, что делает их особенно полезными в машиностроительной сфере, деревообработке и других областях промышленности.

По каким критериям различают станки с ЧПУ

Наиболее частым критерием является тип осуществляемых операций. Существуют токарные и фрезеровочные модели, агрегаты для сверления и расточки, станки с ЧПУ, оснащенные лазерным модулем. Также оборудование классифицируют по следующим признакам:

• Габариты деталей-заготовок – мало-, крупно- и среднегабаритные
• Способ питания привода – гидравлическая система, электропроводка или пневматическая магистраль
• Используемый инструментарий – сверло, резец, фреза
• Класс автоматизации (полуавтомат, полное автоматическое управление)
• Наличие нескольких осей – 2, 3, 4 либо 5
• Способ работы – горизонтальный, универсальный, в вертикальной плоскости

Различается степень обработки деталей. Станки с ЧПУ могут выполнять обработку нормальной, повышенной, высокой либо сверхвысокой точности.

Этапы работы станка ЧПУ

Оборудование в автоматическом режиме выполняет заданные операции, такие как обработка стали, дерева или композитов. Станки ЧПУ характеризуются повышенной точностью и повторяемостью. Основные этапы работы агрегата можно описать следующим образом:

• Изготовление 3D-модели детали с использованием CAD
• Создание программы управления с помощью системы компьютерного машиностроения
• Генерация G-кода, описывающего последовательность действий станка с ЧПУ
• Загрузка программы в контроллер, установка инструмента и заготовки
• Непосредственно работа – резание, сверление, фрезерование, расточка и другие операции
• Обратная связь (выявление ошибок), внесение необходимых корректировок в программу

После выполнения всех операций ЧПУ станок завершает обработку. Готовая деталь проверяется на соответствие исходным требованиям.

Основные параметры станков ЧПУ и их обозначение

1. Скорость обработки. Зависит от линейного перемещения суппорта и интенсивности вращения шпинделя станка с ЧПУ. Как правило, линейное перемещение достигает 10-12 м/мин, а вращение шпинделя составляет около 4 000-10 000 об/мин.
2. Количество осей. Агрегаты классифицируют по количеству осей, по которым они могут работать. Например, 3D-станок имеет три оси (X, Y, Z), а 5D-аналог может перемещаться в пяти направлениях, включая наклоны.
3. Система управления. Станки могут иметь различные электронные блоки, отвечающие за обработку заготовок. Применение той или иной системы управления (например, Fanuc, Siemens, Haas и др.), может влиять на функциональность и удобство в применении станка с ЧПУ.
4. Точность позиционирования. Важным критерием в процессе производства считается повторяемость. Класс точности токарных станков с ЧПУ предполагает, что погрешность не будет превышать 0,003–0,005 мм.
5. Мощность шпинделя. Измеряется в киловаттах (кВт) и определяет, какую нагрузку может выдерживать оборудование во время обработки. Агрегаты для токарных работ имеют мощность 45-50 кВт и более.
6. Скорость перемещения. Имеет значение скорость резания (Vc), с которой инструмент движется по поверхности заготовки. Также при выборе подходящего ЧПУ станка учитывают скорость подачи (F), с которой стол (или заготовка) движется относительно инструмента.
7. Программный интерфейс управления. Его формируют G-коды – стандартный набор команд, используемых для управления движением рабочего органа или закрепленной заготовки. Допустимая погрешность в перемещении и позиционировании зависит от класса точности.

Какие преимущества дает применение станка ЧПУ

Практика показывает, что программа справляется с поставленной задачей точнее и быстрее, чем человек. Станки ЧПУ повышают точность обработки, что критично для тех деталей, для которых установлены строгие допуски. Минимальная погрешность позволяет производить большую партию одинаковых изделий с несущественными отклонениями. К преимуществам оборудования также относится:

• Автоматизация процессов, сведение к минимуму ошибок
• Возможность изготовления деталей со сложной формой и нестандартной геометрией
• Оперативность обработки, позволяющая минимизировать временные затраты
• Легкое изменение программы для перенастройки оборудования
• Экономичный расход материалов за счет минимизации отходов в процессе работы
• Гибкость производства, адаптация к потребностям рынка или к изменениям спроса

Станки ЧПУ становятся рентабельным приобретением и хорошей инвестицией в дальнейшую работу предприятия. Повышенная точность обработки и меньшее количество дефектов приводит к улучшению качества готовой продукции.

Как вводят программу в станок с ЧПУ

Прежде всего потребуется задать в программу управления перечень команд (G-код). Система получает сведения о задаче и очередности выполнения ее этапов. Формируется профиль, затем агрегат начинает осуществлять технологические операции. Написание программ управления для ЧПУ станков может выполняться несколькими способами:

1. Вручную – на ПК, затем софт переносится с дискеты, flash-накопителя или CD-диска
2. С пульта – оператор задает команды со специальной клавиатуры
3. Автоматизированным способом (посредством встроенных CAE/CAD либо CAM-систем)

Мелкосерийные производства и небольшие предприятия чаще всего используют в работе ЧПУ станки с ручным вводом. Оператору или технологу достаточно один раз ввести соответствующие программы управления, затем их меняют лишь по мере надобности.

Если в конструкции агрегата предусмотрен пульт, то программирование выполняется с помощью диалогового окна или посредством введения с клавиатуры M и G кодов.

Применение ЧПУ станков в различных отраслях

Возможности оборудования не ограничиваются операциями отрезания, точения или фрезерования. Широкие возможности ЧПУ станков касательно обработки заготовок позволяют задействовать их почти повсеместно. Эксплуатация оборудования включает в себя следующие отрасли производства:

• Работа со стальными заготовками – станки с ЧПУ подходят для фрезерной и токарной обработки, сверления и шлифовки металлических деталей
• Деревообработка – выполнение различных технологических операций, включая фрезеровку, резку и гравировку
• Производство деталей, в том числе для автомобильной, аэрокосмической и электронной промышленности
• Лазерная и плазменная резка разных материалов, что позволяет создавать нестандартные формы и узоры
• Гравировка и маркировка, нанесение изображений, текста или QR-кодов
• Производство прототипов, образцов технически сложных изделий
• Медицинская промышленность – изготовление деталей для медоборудования
• Архитектура и искусство – создание макетов, скульптур и других художественных изделий
• Электроника – производство печатных плат и прочих компонентов

Функционал агрегата определяется лишь заложенной в него программой управления. По этой причине станки с ЧПУ превращаются в оборудование универсального назначения. Их используют в машиностроении и автомобилестроении, в текстильной промышленности, ювелирном деле.

Фрезерный и токарный станки с ЧПУ

Агрегаты для фрезерования с программируемым управлением подходят для обработки плоских и объемных деталей. Они задействуются для фрезерования, бурения, расточки и других операций.

Рабочий инструмент (фреза) вращается вокруг своей оси, а деталь смещается по оси X, Y, Z. Это позволяет производить сложные операции с высоким уровнем детализации и точности.

Фрезерные ЧПУ станки способны обрабатывать разные материалы, в том числе – композиты и пластики, металлические и деревянные заготовки.

Токарные станки в первую очередь подходят для обработки вращающихся заготовок. Они оптимально подходят для создания цилиндрических, конусных и других симметричных форм.

Рабочий инструмент (резец) неподвижен, а деталь вращается вокруг своей оси, что обеспечивает высокую скорость резания и эффективное снятие материала. Токарные ЧПУ станки обычно используются для обработки таких деталей, как валы, втулки, кольца и элементы с круглыми или цилиндрическими поверхностями.