Анализ работы станков с чпу

Системы ЧПУ для станков

Продолжаем публикацию материалов из учебного пособия «Металлорежущие станки с ЧПУ» под редакцией В.Б. Мещерякова. На этот раз разберем cистемы ЧПУ станками.

Сравнительный анализ рассмотренных систем ПУ (рис. 2.5) показывает, что во всех этих системах на основе чертежа детали 1 разрабатывается карта 2 наладки (или программная карта), затем проектируются чертежи 3 программоносителей (копира, кулачков, схем расстановки упоров), производится их изготовление и последующая установка и наладка программоносителей на станке 4.

Рис. 2.5. Схема управления станком системами ПУ:
1 — чертеж детали; 2 — программные карты; 3 — чертежи программоносителей;
4 — программоносители; 5 — система ПУ; 6 — заготовка; 7 — станок;
8 — стружка; 9 — теплота от станка; 10 — готовая деталь;
М — поток материала; Э — поток энергии; И — поток информации

Как уже отмечалось, главным недостатком всех рассмотренных систем является необходимость представлять цифровую и символическую информацию чертежа детали в аналоговом виде на физически изготавливаемых программоносителях (кривые на кулачках и копире, путевые упоры). Затем эта информация во время обработки опять преобразуется в цифровой вид на изготовленной детали. Это приводит к погрешности обработки (из-за погрешности при изготовлении кулачков, копира, расстановки упоров и из-за их последующего износа), затрудняет автоматизацию всего цикла подготовки процесса обработки из-за необходимости трудоемкого изготовления в натуральном виде программоносителей.

Читайте также:  Станок для старения доски

Развитие электроники и вычислительной техники, внедрение в производство микроЭВМ привело к разработке и широкому применению в промышленности металлорежущих станков с ЧПУ и построенных на их основе многоцелевых станков (обрабатывающих центров), роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ) и систем (ГПС), имеющих при достаточно высокой производительности высокую мобильность.

Числовым программным управлением станком в соответствии с ГОСТ 20523–80 называют управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме.

Под системой числового программного управления понимают совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих ЧПУ станком.

Основой системы ЧПУ является устройство числового программного управления (УЧПУ), выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии управляемого объекта, получаемой с помощью измерительных систем. От его типа, структуры построения, функциональных возможностей зависят характеристики самой системы ЧПУ.

Под управляющей программой (УП) понимается совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки. Управляющая программа записывается и вводится в систему ЧПУ с помощью программоносителя, в качестве которого могут применяться перфолента, магнитная лента, магнитный диск и непосредственно запоминающие устройства разного типа. В ряде случаев УП может составляться оператором непосредственно на пульте устройства ЧПУ.

Таким образом, особенностью систем ЧПУ являются следующие положения:

а) вся информация (размерная, технологическая, вспомогательная) вводится в УЧПУ в цифровом виде;

б) технолог-программист переводит задачу управления, сформулированную на разговорном языке, в понятный для УЧПУ язык программирования;

в) указанная информация УП вводится автоматически, поэтому она должна быть полностью определена и с помощью программоносителя введена в память УЧПУ;

г) преобразование данных УП в управляющие команды и контроль выполнения этих команд выполняет УЧПУ.

Применение станков с ЧПУ коренным образом изменило технологическую подготовку производства, которая стала сферой инженерного труда. Применение этих станков обусловило ряд особенностей при проектировании технологических процессов обработки заготовок на этих станках. Значительно возросли сложность технологических задач и трудоемкость их решения. Технологу-программисту необходимы не только технологические, но и специальные знания по математике и программированию. Существенной особенностью проектирования технологического процесса является необходимость точного определения траектории движения режущего инструмента в системе координат станка, а также увязка исходной точки программы с положением заготовки на станке и др.

В общем виде процесс подготовки и работы станка с ЧПУ можно представить, рассматривая его как процесс передачи и преобразования информации в системе «чертеж детали — готовая деталь» (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Схема процесса передачи и преобразования информации в системе
«чертеж детали — готовая деталь»

Технолог-программист на основании чертежа детали, а также информации из нормалей, ТУ, РТМ, ГОСТов, характеристик станков с ЧПУ проводит подготовку исходных данных для проектирования технологического процесса изготовления заданной детали с последующей разработкой маршрутной и операционной технологий, расчетом траекторий перемещений рабочих органов станка с режущим инструментом и заготовкой, кодирование полученной информации и ее запись на программоноситель. В процессе разработки технологического процесса обработки производится выбор и последующая наладка на станке режущих инструментов и приспособлений. После этого проводится отладка и контроль УП и разработанного технологического процесса с последующим изготовлением на станке контрольных деталей.

Система ЧПУ на основе разработанной УП производит управление станком при обработке всей партии изготавливаемых деталей. Функции оператора в этом случае заключаются, как правило, только в наблюдении за работой станка с ЧПУ, установке заготовок и съеме готовых деталей. Это в ряде случаев не требует высокой квалификации. С другой стороны, необходимо помнить, что оператору доверяется очень сложный станок с ЧПУ высокой стоимости.

В тех случаях, когда оператор может проводить составление УП в диалоговом режиме непосредственно на пульте УЧПУ, его квалификация должна соответствовать этому уровню знаний.

Современные системы ЧПУ обеспечивают широкий круг функциональных возможностей станка с ЧПУ. Система ЧПУ производит управление приводом главного движения, приводами подач и цикловой автоматикой (вспомогательными механизмами станка). В процессе управления может осуществляться техническое диагностирование системы управления, узлов станка, режущего инструмента, измерение обрабатываемых деталей непосредственно на станке, измерение действительного положения режущего инструмента, измерение погрешностей станка с целью их последующей коррекции, адаптивное управление.

Для предотвращения поломок и безопасной работы оператора на станке с ЧПУ применяются различные системы контроля и блокировок (например, контроль правильности зажима заготовки или оправки с инструментом, ограничения максимального хода рабочих органов станка, закрытия щитка рабочей зоны станка и др.).

Источник

Исследовательская работа «Современные станки с числовым программным управлением»

«Календарь счастливой жизни:
инструменты и механизм работы
для достижения своих целей»

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Городское соревнование юных исследователей

«Современные станки с числовым программным управлением»

Ромазова Виктория, ученица 5 класса

Лыбина Виктория Романовна,

Введение

Многое из того, что мы видим в окружающем нас материальном мире, изготовлено при помощи станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Использование возможностей электроники и вычислительной техники для эффективного и оптимального управления промышленным оборудованием позволило повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции. А при массовом производстве — значительно снизить затраты на ее изготовление.

О том, как избавиться от однообразной и монотонной работы, и поручить ее каким-либо «умным» механизмам, человечество задумалось давно.

Так как станки с ЧПУ применяются уже во многих видах производства и есть в нашей школе, мы решили изучить данные станки, их применение в обучении и интересна ли школьникам работа со станками с ЧПУ.

Проблема нашего исследования в том, обучающиеся не обладают знаниями о станках ЧПУ и им, кажется, что применение станков возможно только на производстве.

Цель исследования ознакомить обучающихся со станками ЧПУ и их сферами применения в школе.

Гипотеза заключается в том, что можно более широко знакомить учеников со станками с числовым программным управлением и тем самым привлечь их к техническому направлению.

Новизна проекта заключается в том, что изучение данной темы еще не до конца раскрыто и мы собрали информацию о станках с ЧПУ, и изучили сферы применения, именно в школе.

Предметом нашего исследования является станки с числовым программным управлением.

Объект исследования, применение станков с числовым программным управлением в школе.

· изучение специальной литературы и интернет источников;

· поиск и отбор необходимой информации из научно-популярной литературы, Интернета;

· сравнительный анализ ручной обработки детали и с применением станка с ЧПУ;

I — подготовительный. Работа в библиотеке, в интернете, подборка и чтение литературы о станках с числовым программным управлением.

II — исследовательский. Изучить историю развития станков с числовым программным управлением. Изучить источники, содержащие информацию о применении станков с числовым программным управлением. Провести анкетирование среди обучающихся 5,7 классов. Изучить как обрабатывается деталь вручную и с помощью станка с ЧПУ.

III — заключительный. Провести анализ анкет и сравнительный анализ изготовления детали вручную и на станке ЧПУ. Создать банк фото материалов по теме. Представить проект.

Основная часть

Основоположником систем с числовым программным управлением считается Джон Т. Парсонс, Массачусетского технологического института. В конце 40-х годов он разработал оборудование для кодирования управляющей программы на перфокартах. Программа управляла приводами подач фрезерного станка. В 1948 г. система была принята в эксплуатацию в военной авиапромышленности США, первый коммерческий вариант системы стал доступен в 1952 году.

Дальнейшее развитие шло по пути модернизации аппаратной части (электронные лампы-транзисторы-интегральные микросхемы), повышения точности, добавления функциональности. Параллельно шло и развитие методов и языков программирования для оборудования с ЧПУ.

Начало массовой эксплуатации станков с ЧПУ относится к концу 50-х годов, и именно станки с ЧПУ можно отнести к самому крупному и перспективному достижению в средствах металлообработки ХХ века. Научно-технический прогресс, в свою очередь, сопровождается ускорением морального устаревания изделий, что привело к необходимости частой переналадки производства с одного вида изделия на другое. Так, уже во второй половине XX века доминирующим типом производства становится средне- и мелкосерийное, что обусловило потребность в автоматизации в металлообработке и, в свою очередь, развитие программного управления для станков. Характерной чертой являлось также сокращение сроков внедрения новых разработок в серийное производство [5].

Создание систем ЧПУ явилось своеобразным переломным моментом в развитии станкостроения, началом качественно нового этапа: сочетанием высокой производительности, присущей специальным станкам и станкам-автоматам, с гибкостью, свойственной универсальному оборудованию, что сделало станки с ЧПУ главным средством автоматизации мелко и среднесерийного производств. Использование высокопрочных и труднообрабатываемых сталей породило новые методы их обработки, обеспечение оптимальных режимов работы станков для обработки этих сталей также приводило к необходимости введения ЧПУ. Улучшение режущих материалов (создание металлокерамического и твердосплавного инструмента, развитие методов скоростного силового шлифования и т.п.) позволило увеличить скорости резания до величин, при которых ручное управление станком стало во многих случаях либо невозможным, либо требующим высокой квалификации станочника [2].

2. Виды станков с ЧПУ

Давайте, рассмотрим, что такое ЧПУ и виды станков с ЧПУ.

Числовое программное управление — область техники, связанная с применением цифровых вычислительных устройств для управления производственными процессами [4].

В отличие от стандартного персонального компьютера, который является универсальным устройством для обработки информации и способен работать с любыми данными, представленными в цифровом виде, микропроцессор, используемый в конструкции многих станков с ЧПУ, — устройство специализированное. Он не содержит ничего лишнего, и весь набор его функций предназначен для выполнения главной задачи – контроля состояния всех исполнительных органов станка и управления их работой по специальной программе. Чтобы управлять особо сложными современными станками, применяют более производительные и многозадачные устройства – промышленные компьютеры [1].

Несмотря на то, что все современные станки управляются с компьютера (ноутбука, стойки с экраном и кнопками), они радикально отличаются между собой по назначению, инструменту, типу сырья для работы и еще некоторым факторам.

Наиболее часто используется следующие разновидности станочного оборудования, и, если распределить их по степени популярности, список будет выглядеть следующим образом:

Фрезерные станки. Многочисленная группа оборудования, предназначенная для выполнения различных операций с большим ассортиментом материалов. Это могут быть металлы, дерево, пластики, воск, пенопласт, гипс, кожа, камень, стекло и т. д. Рабочий инструмент (фреза) выполнен из металла и оснащен остро заточенными гранями, кромками или зубцами.

На фрезере можно сверлить, фрезеровать, гравировать, торцевать, шлифовать поверхности, растачивать отверстия, нарезать зубцы и выполнять еще множество операций инструментами, подходящими для этих целей.

Станки такого плана широко используют в металлообработке, работе с камнем, ювелирном деле, рекламном бизнесе, но особенно популярны они во всех сферах, связанных с обработкой древесины. Мебельное производство, изготовление лестниц, беседок, входных и межкомнатных дверей, выпуск изделий бытового и декоративно-прикладного характера, создание интерьерных украшений (большие и малые статуи, настенные панно с 3D-барельефами и тому подобное), производство подарков, сувениров и прочих изделий.

Лазерно-гравировальное оборудование. Лазерные аппараты являются главными конкурентами фрезерных станков и активно борются с ними за первое место в списке лидеров. Небольшое отставание объясняется лишь ощутимой пока еще разницей в стоимости между двумя типами устройств.

Достоинств у станков лазерной группы намного больше, чем у фрезеров. Сюда входит более высокая скорость, абсолютная точность обработки, единый режущий инструмент для всех типов операций, бесшумность и безотходность, отсутствие физического контакта с поверхностью, более широкий спектр материалов.

Главным и единственным инструментом лазерных станков выступает поток частиц высокой температуры. Линза, помещенная в инструментальную головку над рабочей поверхность, фокусирует поток в тончайший лазерный луч с малым диаметром и очень большой концентрацией мощности в зоне обработки. На поверхности материала лазер выглядит как крохотная точка, однако малые габариты совсем не мешают лучу мгновенно прожигать насквозь древесину, металлы и стекло. Помимо этих поверхностей лазерные станки подходят для обработки бумаги, картона, тканей и нетканых материалов, меха, пленки, пластмасс, резины и т. д. Луч может не только резать, но и сверлить, гравировать, маркировать материалы, сваривать металлические поверхности.

Сфера применения лазерного оборудования с ЧПУ не менее широка, чем у фрезерных аппаратов и включает в себя те же самые области, дополненные легкой промышленностью, упаковочным и сувенирным производством, изготовлением печатей, уплотнительных прокладок, электронных плат, виниловых наклеек и т. д. [8]

Режущие плоттеры с ЧПУ. Станки-плоттеры с компьютерным управлением стали настоящим спасением для типографских мастерских, швейных ателье и прочих предприятий, работа которых связана с раскроем тонких и деликатных материалов. Это могут быть виниловые пленки, кожа, бумага, картон, ткани и прочие им подобные поверхности.

Особенностью плоттеров, которые называют также каттерами, является режущий инструмент, который и дал оборудованию второе название. Он представляет собой острейший нож, закрепленный над рабочей зоной, который, в зависимости от типа, может перемещаться только в горизонтальной плоскости, совершать возвратно-поступательные движения или вращаться во всех направлениях.

Плоттерное оборудование предназначено для работы с листовыми и рулонными материалами и используется для обычного и сложноконтурного раскроя, вырезания аппликаций, узоров, надписей и виниловых наклеек [2].

Токарные станки. Токарная техника с ЧПУ выполняет обработку металлов и материалов с жестким корпусом. За счет вращательных движений рабочего инструмента возможна расточка, нарезка резьбы, подрезание отверстий. Различные типы станков позволяют разрабатывать уникальные модели в едином образце или масштабно производить детали сложной формы.

В нашей школе на уроках технологии мы изучаем и работаем на токарном и фрезерном станках с ЧПУ. Поэтому рассмотрим их более подробно.

Фрезерные и токарные станки с ЧПУ служат примерами трех-осевых систем. Эти «базовые» станки позволяют перемещать режущий инструмент по трем линейным осям относительно заготовки (влево-вправо, назад-вверх и вверх-вниз) [8].

Фрезерные станки с ЧПУ (см. приложение 1)

  • Заготовка удерживается неподвижно прямо на станине станка или в тисках.
  • Материал удаляется из заготовки с помощью режущих инструментов — фрез или свёрл, которые вращаются с высокой скоростью.
  • Инструменты прикреплены к шпинделю, который может двигаться вдоль трех линейных осей.

Трех-осевые фрезерные станки с ЧПУ — самые широко известные. Их используют в основном для производства самых распространенных геометрий. Относительно просты в программировании и эксплуатации, поэтому затраты на обработку, относительно невелики [7].

Доступ к инструменту, при фрезеровке с ЧПУ ограничен конструкцией. Поскольку есть только три оси для работы, некоторые области заготовки могут быть недоступны. В целом – это не большая проблема, если заготовку нужно вращать только один раз. Но если требуется несколько вращений, затраты на обработку могут быстро увеличиться.

  • может производить большинство деталей с простой геометрией;
  • высокая точность.
  • есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии;
  • ручное перемещение заготовки снижает достижимую точность.

Токарные станки с ЧПУ (см. приложение 2). Заготовка удерживается на шпинделе при вращении с высокой скоростью. Режущий инструмент или центральное сверло обрабатывает внешний или внутренний периметр детали, образуя геометрию. Инструмент не вращается. Он движется радиально и продольно.

Токарные станки с ЧПУ широко используются, потому что с их помощью можно производить детали с гораздо большей скоростью и с меньшими затратами на единицу, чем на таких же станках без поворотного устройства. Это особенно актуально для больших объемов работы.

Основное ограничение конструкции токарных станков с ЧПУ заключается в том, что они могут изготавливать только детали с цилиндрическим профилем (например, винты или шайбы). Чтобы преодолеть это ограничение, детали часто подвергаются фрезерной обработке с ЧПУ на отдельном этапе. В качестве альтернативы, используются 5и-осевые токарно-фрезерные станции с ЧПУ. С их помощью можно добиться нужных результатов за один процесс [1].

  • самая низкая стоимость за деталь на выходе, чем при других способах обработки с ЧПУ;
  • очень высокие производственные возможности.
  • может производить только детали с симметрией и простой геометрией.

Четвертый вопрос 15 % обучающиеся ответили, что изучать в школе такие станки не нужно, 85 % обучающихся ответили, что нужно. Мы лично их спросили почему не нужно изучать в школе и многие ответили, что данные станки дорогостоящие и применяются на производстве. И мы заинтересовались данным мнением и выяснили, что данный станок необязательно покупать, для домашних мастерских его можно собрать самостоятельно. Ниже представлены модель и собранный фрезерного станка с ЧПУ в домашних условиях [3].

Пятый вопрос заставил обучающихся задуматься о будущей профессии. 55 % ответили «да», 45 % ответили «нет» .

Для чего же придуманы станки с ЧПУ, если человек вручную тоже может обрабатывать детали? Мы решили сравнить в чем же отличие станка ЧПУ и ручной обработкой детали.

Сравнение станка ЧПУ и ручной обработки детали

Скорость изготовления изделия

Для каждого действия нужно разное оборудование.

Умеет менять режущие инструменты, оператору не требуется вручную перенастраивать оборудование.

На скорость изготовления влияют навыки оператора и другие факторы

Затрачивает одинаковое количество времени на создание одного вида деталей

Точность обработки деталей

Присутствует человеческий фактор, усталость, невнимательность.

Оператору достаточно однажды написать программу, чтобы каждый раз получать одинаковый результат. Изготавливают детали с точностью до микрон.

Работа со сложными деталями.

Требуются навыки оператора для изготовления деталей сложной геометрической форм. Например, для изготовления симметричных отзеркаленных частей.

Справляется с деталями любой сложности.

Если нужно в короткие сроки изготовить 5 деталей, нужно 5 работников.

Для наблюдения за автоматизированным производством достаточно 2-4 операторов. Знающий специалист за 10 минут сможет обслужить несколько станков с ЧПУ.

Современные технологии позволяют оптимизировать производство, повысить качество изготовления изделий. С течением времени возросли и мощности станков с ЧПУ. Компьютеризированные системы становятся технологичнее. Действительно применение станок ЧПУ значительно сокращает время работы и улучшает качество и точность изготовления изделия.

Применение станков с ЧПУ в образовательных организациях позволяет создать многопрофильное дополнительное образование по изготовлению моделей самолетов, кораблей, транспортной техники, игрушек и мебели для детских садов, сувениров с национальным колоритом и др. Позволит расширить образовательные услуги учащимся и жителям города, детям – инвалидам.

Молодежь и подростки с ограниченными физическими возможностями получат прекрасный шанс выразить свой внутренний мир на языке творчества, реализовать способности и продемонстрировать талант так как работа на токарных станках автоматизирована. Занятия в технических направлениях морально поддерживают ребят, помогают им обрести уверенность в себе, преодолеть барьер отчуждения и стать полноценными членами общества.

В процессе работы станка, учащиеся близко знакомятся с востребованными профессиями нашего города, определяют свое отношение к ним и пробуют силы в данном направлении.

Внедрение станка ЧПУ на уроках технологии позволит:

• облегчить точность изготовление деталей в моделизме;

• повысить качество образования;

• улучшит качество изготовленной продукции.

Заключение

Станки с ЧПУ прочно вошли в нашу жизнь и стали незаменимыми помощниками человека в производственной деятельности. Без этих систем было бы невозможно изготавливать многие, успевшие стать привычными и обыденными вещи. Причем все необходимые детали станки под управлением ЧПУ обрабатывают быстро и качественно, с недостижимой ранее точностью. Изучив литературу по данной темы, мы можем сделать вывод, что за счет активного знакомства с принципом работы настоящих станков с ЧПУ ученики непосредственно соприкасаются с проектированием, моделированием и производством заготовок, программированием и управлением, поэтому могут адекватно оценивать перспективы будущей профессии.

Использование настоящего токарного или фрезеровального оборудования на школьных уроках или дополнительных занятиях позволяет приблизить образовательный процесс к реальным производственным условиям, погрузить школьников в нюансы реальных технологических процессов, знакомит с профессиями токарь, фрезеровщик, инженер, оператор ЧПУ.

Источник

Оцените статью