Концепція
NC (числове керування)
NC — це технологія, яка використовує цифрові сигнали для автоматичного керування об’єктами (такими як рух верстата та його робочий процес), що називається числовим керуванням.
Технологія NC
Технологія NC відноситься до технології автоматичного керування, яка використовує цифри, літери та символи для програмування певного робочого процесу.
Система ЧПУ
Система NC відноситься до органічної інтегрованої системи програмних і апаратних модулів, які реалізують функції технології NC. Це носій технології NC.
Система ЧПУ (комп'ютерна система цифрового керування)
Система ЧПК (комп’ютерне числове керування) відноситься до системи числового керування з комп’ютером як ядром.
Машина з ЧПК означає верстат, який використовує технологію комп’ютеризованого числового керування для керування процесом обробки, або верстат, оснащений системою комп’ютеризованого числового керування.
Визначення NC
ЧПУ є повною формою ЧПУ для верстатів. Цифрове керування (NC) дозволяє оператору спілкуватися з верстатами за допомогою цифр і символів.
ЧПУ Визначення
CNC — це коротка назва комп’ютерного цифрового керування, яке є автоматичною технологією керування верстатами для завершення автоматизованої обробки за допомогою програмного забезпечення CAD/CAM у сучасному виробничому процесі. Нові верстати з ЧПК дозволили промисловості постійно виробляти деталі з точністю, про яку навіть не мріяли лише кілька років тому. Одна й та сама частина може бути відтворена з однаковим ступенем точності будь-яку кількість разів, якщо програма була належним чином підготовлена і комп’ютер правильно запрограмований. Операційні команди G-коду, які керують верстатом, виконуються автоматично з високою швидкістю, точністю, ефективністю та повторюваністю.
Обробка на верстатах з ЧПК – це комп’ютеризований виробничий процес, верстат підключений до комп’ютера, який вказує йому, куди рухатися. Спочатку оператор повинен створити траєкторію інструменту, використовуючи програмне забезпечення для малювання фігур та створення траєкторії інструменту, якою рухатиметься верстат.
Постійно зростаюче використання в промисловості породило потребу в персоналі, який має знання та здатний підготувати програми, які керують верстатами для виготовлення деталей необхідної форми та точності. Пам’ятаючи про це, автори підготували цей підручник, щоб позбутися таємничості ЧПК – укласти її в логічну послідовність і висловити простою, зрозумілою кожному мовою. Підготовка програми пояснюється логічною покроковою процедурою з практичними прикладами для керівництва користувачем.
Компонент
Технологія ЧПУ складається з 3 частин: станина, система та периферійна технологія.
Набір рами в основному складається з основних частин, таких як станина, колона, напрямна рейка, робочий стіл та інші допоміжні частини, такі як тримач інструменту та інструментальний магазин.
Система числового керування складається з обладнання введення/виведення, пристрою числового керування комп’ютером, програмованого логічного керування (PLC), пристрою сервоприводу шпинделя, пристрою сервоприводу подачі та вимірювального пристрою. Серед них пристрій є ядром системи ЧПУ.
Периферійна технологія в основному включає технологію інструментів (систему інструментів), технологію програмування та технологію управління.
глосарій
ЧПУ: ЧПУ.
G-код: мова верстатного інструменту з універсальним числовим керуванням (NC), яка визначає точки осі, до яких рухатиметься машина.
CAD: Системи автоматизованого проектування.
CAM: Автоматизоване виробництво.
сітка: Мінімальний рух або подача шпинделя. Шпиндель автоматично переміщується до наступного положення сітки, коли кнопка перемикається в безперервний або покроковий режим.
PLT (HPGL): Стандартна мова для друку векторних креслень, що підтримується файлами CAD.
Траєкторія: визначений користувачем закодований маршрут, яким різець дотримується для обробки заготовки. Траєкторія «кишені» розрізає поверхню заготовки; «профільна» або «контурна» траєкторія прорізає повністю наскрізь, щоб розділити форму заготовки.
Крок вниз: Відстань по осі Z, на яку ріжучий інструмент занурюється в матеріал.
Переступити: максимальна відстань по осі X або Y, на якій ріжучий інструмент зачепить нерозрізаний матеріал.
Кроковий двигун: двигун постійного струму, який рухається окремими кроками, отримуючи сигнали або «імпульси» в певній послідовності, що забезпечує дуже точне позиціонування та контроль швидкості.
Швидкість шпинделя: Швидкість обертання різального інструменту (RPM).
Традиційний крій: Різак обертається проти напрямку подачі. Призводить до мінімального брязкання, але може призвести до розриву в деяких лісах.
Субтрактивний метод: Насадка видаляє матеріал для створення форм. (Протилежність адитивного методу.)
Швидкість подачі: Швидкість, з якою ріжучий інструмент рухається через деталь.
Початкова позиція (Machine Zero): Призначена машиною нульова точка, визначена фізичними кінцевими вимикачами. (Це не визначає фактичне походження роботи під час обробки заготовки.)
Climb Cut: Різак обертається в напрямку подачі. Підйомне різання запобігає розриву, але може призвести до появи слідів від удару свердла з прямими рифленнями; насадка зі спіральними рифленнями зменшить тріскотіння.
Походження роботи (Work Zero): Призначена користувачем нульова точка для заготовки, з якої головка виконуватиме все своє різання. Осі X, Y і Z встановлені на нуль.
ЖК-дисплей: рідкокристалічний дисплей (використовується на контролері).
U Disk: Зовнішній пристрій зберігання даних, який підключається до інтерфейсу USB.
Функції
висока точність
Верстати з ЧПК є високоінтегрованими мехатронними продуктами, які складаються з точних машин і систем автоматичного керування. Вони мають високу точність позиціонування та повторюють точність позиціонування. Система передачі та конструкція мають високу жорсткість і стабільність для зменшення помилок. Таким чином, машина з комп’ютеризованим числовим керуванням має вищу точність обробки, особливо узгодженість виготовлення деталей в одній партії, а якість продукту є стабільною, швидкість проходження висока, що непорівнянно зі звичайними верстатами.
Висока ефективність
Верстати з ЧПК можуть використовувати більшу кількість різання, що ефективно економить час обробки. Вони також мають автоматичну зміну швидкості, автоматичну зміну інструменту та інші автоматичні функції роботи, які значно скорочують допоміжний час, і коли стабільний процес обробки сформований, немає необхідності виконувати міжпроцесну перевірку та вимірювання. Таким чином, продуктивність обробки з ЧПУ в 3-4 рази вище, ніж у звичайних верстатів, а то й більше.
Висока адаптивність
Верстати з ЧПК виконують автоматичну обробку за програмою оброблюваних деталей. Коли об’єкт обробки змінюється, поки змінюється програма, немає необхідності використовувати спеціальне технологічне обладнання, таке як шаблони та шаблони. Це допомагає скоротити цикл підготовки виробництва та сприяти заміні продукту.
Висока оброблюваність
Деякі механічні деталі, утворені складними кривими та криволінійними поверхнями, важко обробити або навіть неможливо завершити звичайними методами та ручними операціями, і їх можна легко реалізувати на верстатах з ЧПК за допомогою з’єднання багатокоординатних осей.
Висока економічна цінність
Обробні центри з ЧПК здебільшого використовують концентрацію процесу, а одна машина є багатоцільовою. У разі одного затиску можна обробити більшість деталей. Вони можуть замінити кілька звичайних верстатів. Це може не тільки зменшити помилки затискання, заощадити допоміжний час між транспортуванням, вимірюванням і затисканням між процесами, але також зменшити кількість типів верстатів, заощадити простір і принести вищі економічні вигоди.
Плюси мінуси
Плюси
Безпека
Оператор верстату з ЧПК безпечно відділений від усіх гострих частин спеціальною захисною конструкцією. Він усе ще може бачити, що відбувається на верстаті через скло, але йому не потрібно підходити кудись до млина чи веретена. Оператору також не потрібно торкатися охолоджуючої рідини. Залежно від матеріалу деякі рідини можуть бути шкідливими для шкіри людини.
Економія витрат на оплату праці
Сьогодні звичайні верстати вимагають постійної уваги. Це означає, що кожен працівник може працювати лише на одній машині. Коли настала ера ЧПУ, все кардинально змінилося. Для обробки більшості частин потрібно щонайменше 30 хвилин після кожного встановлення. Але комп’ютерні машини з числовим керуванням роблять це, розрізаючи частини самі. Не потрібно нічого чіпати. Інструмент рухається автоматично, а оператор просто перевіряє наявність помилок у програмі чи налаштуваннях. Зважаючи на це, оператори ЧПК виявляють, що у них є багато вільного часу. Цей час можна використовувати для інших машин. Отже, один оператор, багато верстатів. Це означає, що ви можете заощадити робочу силу.
Мінімальна помилка налаштування
Традиційні верстати покладаються на вміння оператора працювати з вимірювальними інструментами, а хороші працівники можуть гарантувати, що деталі збираються з високою точністю. Багато систем ЧПК використовують спеціалізовані датчики вимірювання координат. Зазвичай його встановлюють на шпиндель як інструмент, а до нерухомої частини торкаються щупом, щоб визначити її положення. Потім визначте нульову точку системи координат, щоб мінімізувати похибку налаштування.
Чудовий моніторинг стану машини
Оператор повинен визначити дефекти обробки та ріжучі інструменти, і його рішення можуть бути не оптимальними. Сучасні обробні центри з ЧПК оснащені різними датчиками. Ви можете контролювати крутний момент, температуру, ресурс інструменту та інші фактори під час обробки заготовки. На основі цієї інформації ви можете уточнити процес у реальному часі. Наприклад, ви бачите, що температура занадто висока. Вищі температури означають знос інструменту, погані властивості металу тощо. Ви можете зменшити подачу або збільшити тиск охолоджуючої рідини, щоб виправити це. Незважаючи на те, що багато хто говорить, механічна обробка є найпоширенішим способом виробництва сьогодні. Кожна галузь певною мірою використовує механічну обробку.
Стабільна точність
Що є стабільнішим за перевірену комп’ютерну програму? Рух інструменту завжди однаковий, оскільки його точність залежить лише від точності крокових двигунів.
Менше тестових прогонів
Традиційна механічна обробка неминуче має деякі тестові деталі. Робітник має звикнути до технології, він обов’язково чогось упустить, коли буде виконувати першу частину і тестувати нову технологію. У системах ЧПК є спосіб уникнути тестових запусків. Вони використовують систему візуалізації, яка дозволяє оператору фактично бачити інвентар після того, як усі інструменти пройшли через нього.
Легка обробка складної поверхні
Виготовлення складних поверхонь з високою точністю практично неможливо за допомогою звичайної механічної обробки. Це вимагає великої фізичної праці. Системи CAM можуть автоматично формувати траєкторії для будь-якої поверхні. Зовсім не потрібно докладати жодних зусиль. Це одна з найбільших переваг сучасної технології обробки з ЧПК.
Менше матеріальних відходів
Програма ЧПК використовує алгоритми для оптимізації структури деталі. У поєднанні з програмним забезпеченням для автоматичного компонування вона видаляє зайвий матеріал, досягаючи легкої конструкції та мінімізуючи втрати матеріалу.
Вища гнучкість
Традиційний метод полягає в тому, що фрезерні верстати для канавок або площин, токарні верстати для циліндрів і конусів і свердлильні верстати для отворів. Обробка з ЧПУ може поєднати все вищезазначене в одному верстаті. Оскільки траєкторії інструменту можна запрограмувати, ви можете відтворити будь-який рух на будь-якому верстаті. Отже, у нас є фрезерні центри, які можуть виготовляти циліндричні деталі, і токарні верстати, які можуть фрезерувати канавки. Все це зменшує налаштування деталі.
мінуси
• Від операторів машин та обслуговуючого персоналу потрібні високі знання та навички.
• Початок бізнесу з обробки на верстатах з ЧПК вимагає високих початкових інвестицій.
• Простої через несправності машин суттєво впливають на ефективність виробництва.
додатків
З точки зору технологій ЧПК та застосування обладнання у світі, його основні сфери застосування такі:
Обробна промисловість
Машинобудівна промисловість є першою галуззю, де застосовано технологію комп’ютеризованого числового керування, і вона відповідає за забезпечення сучасного обладнання для різних галузей національної економіки. Основними сферами застосування є розробка та виробництво 5-осьових вертикальних обробних центрів для сучасної військової техніки, 5-осьових обробних центрів, великомасштабного 5-осьового портального фрезерування, гнучких виробничих ліній для двигунів, коробок передач і колінчастих валів в автомобільній промисловості та високошвидкісних обробних центрів, а також зварювання, складання, фарбування. роботи, апарати для лазерного зварювання пластин і машини для лазерного різання, високошвидкісні 5-координатні обробні центри для обробки гвинтів, двигунів, генераторів і деталей турбінних лопатей в авіаційній, морській та енергетичній промисловості, важкі токарно-фрезерні складні обробні центри.
Інформаційна індустрія
В інформаційній індустрії, від комп’ютерного до мережевого, мобільного зв’язку, телеметрії, дистанційного керування та іншого обладнання, необхідно прийняти виробниче обладнання на основі надточних технологій і нанотехнологій, таке як машини для склеювання дроту для виробництва чіпів, машини для літографії пластин. Для керування цим обладнанням необхідно використовувати технологію комп’ютеризованого числового керування.
Промисловість медичного обладнання
У медичній промисловості багато сучасного медичного обладнання для діагностики та лікування використовують технологію числового керування, наприклад, КТ-діагностичні інструменти, апарати для лікування всього тіла та мінімально інвазивні хірургічні роботи, засновані на візуальному наведенні, необхідні ортодонтія та реставрація зубів у стоматології.
Військова техніка
Багато сучасної військової техніки використовують технологію сервоприводу керування рухом, наприклад, автоматичне керування прицілюванням артилерії, керування відстеженням радарів і автоматичне керування відстеженням ракет.
Інші галузі
У легкій промисловості є друкарські машини, текстильні машини, пакувальні машини та деревообробні машини, які використовують багатоосьове сервокерування. У промисловості будівельних матеріалів існують верстати для гідроабразивного різання з цифровим керуванням для обробки каменю, гравірувальні машини для скла з цифровим керуванням для обробки скла, швейні машини з цифровим керуванням для обробки Сіммонса та вишивальні машини з цифровим керуванням для обробки одягу. У художній індустрії все більше ремесел і творів мистецтва виготовлятимуться за допомогою високопродуктивних 5-осьових верстатів з ЧПК.
Застосування технології ЧПУ не тільки вносить революційні зміни в традиційну обробну промисловість, роблячи обробну промисловість символом індустріалізації, але також завдяки безперервному розвитку технології ЧПУ та розширенню сфер застосування вона відіграє все більш важливу роль у національній економіці та засобах існування людей (наприклад, ІТ та автомобілебудування), легкій промисловості, лікуванні, тому що оцифрування обладнання, необхідного в цих галузях, стала основною тенденцією сучасного виробництво.
Тенденції
Висока швидкість / висока точність
Висока швидкість і точність є вічними цілями розвитку верстатів. Зі швидким розвитком науки і техніки швидкість заміни електромеханічних виробів прискорюється, а вимоги до точності і якості поверхні обробки деталей також стають все вище і вище. Щоб задовольнити потреби цього складного та мінливого ринку, поточні верстати розвиваються в напрямку високошвидкісного різання, сухого різання та квазісухого різання, а точність обробки постійно вдосконалюється. Крім того, застосування лінійних двигунів, електричних шпинделів, керамічних шарикопідшипників, високошвидкісних кулькових гвинтів і гайок, лінійних напрямних рейок та інших функціональних компонентів також створило умови для розвитку високошвидкісних і точних верстатів. Комп’ютерний верстат з числовим керуванням використовує електричний шпиндель, який усуває такі зв’язки, як ремені, шківи та шестерні, що значно зменшує момент інерції головного приводу, покращує швидкість динамічного відгуку та робочу точність шпинделя, а також повністю вирішує проблему вібрації та шуму, коли шпиндель працює на високій швидкості. Використання електричної структури шпинделя може зробити швидкість шпинделя сягає більше 10000 об / хв. Лінійний двигун має високу швидкість руху, хороші характеристики прискорення та уповільнення, а також має чудові характеристики відгуку та точність слідування. Використання лінійного двигуна як сервоприводу усуває проміжну ланку передачі кулькового гвинта, усуває зазор передачі (включаючи люфт), інерція руху невелика, жорсткість системи хороша, і її можна точно позиціонувати на високій швидкості, тим самим значно покращуючи точність сервоприводу. Завдяки нульовому просвіту в усіх напрямках і дуже малому тертю кочення пара лінійних напрямних кочення має невеликий знос і незначне теплоутворення, а також має дуже хорошу термічну стабільність, що покращує точність позиціонування та повторюваність усього процесу. Завдяки застосуванню лінійного двигуна та лінійної пари направляючих кочення швидку швидкість руху машини можна збільшити з початкових 10-20 м/хв до 60-80м/хв або навіть вище 120m/хв.
Висока надійність
Надійність є ключовим показником якості верстатів з ЧПУ. Чи зможе машина продемонструвати високу продуктивність, високу точність і високу ефективність і отримати хороші переваги, ключ залежить від її надійності.
Проектування верстатів з ЧПУ з САПР, структурне проектування з модульністю
З популяризацією комп’ютерних програм і розвитком технології програмного забезпечення технологія САПР отримала широкий розвиток. САПР може не тільки замінити виснажливу роботу з креслення ручною роботою, але, що більш важливо, вона може виконувати вибір схеми проектування та аналіз статичних і динамічних характеристик, розрахунок, прогнозування та оптимізацію проектування великомасштабної повної машини, а також може виконувати динамічне моделювання кожної робочої частини всього обладнання. Завдяки модульності тривимірну геометричну модель і реалістичний колір виробу можна побачити на етапі проектування. Використання САПР також може значно підвищити ефективність роботи та підвищити відсоток одноразового успіху проектування, тим самим скорочуючи цикл пробного виробництва, знижуючи витрати на проектування та покращуючи конкурентоспроможність на ринку. Модульна конструкція компонентів верстатів може не тільки скоротити повторювану роботу, але й швидко реагувати на ринок і скоротити цикли розробки продукту та проектування.
Функціональне компаундування
Метою функціонального компаундування є подальше підвищення ефективності виробництва верстата та мінімізація допоміжного часу без механічної обробки. Завдяки поєднанню функцій діапазон використання верстата може бути розширений, ефективність може бути покращена, а також багатоцільовий і багатофункціональний верстат може бути реалізований, тобто верстат з ЧПК може реалізувати як токарну обробку, так і функція та процес фрезерування. Також можливе шліфування на верстатах. Токарно-фрезерний комбінований центр із цифровим керуванням комп’ютера працюватиме одночасно з осями X, Z, C та Y. Через вісь C і вісь Y можна реалізувати плоске фрезерування та обробку зсувних отворів і канавок. Верстат також оснащений потужною підставкою для інструменту та допоміжним шпинделем. Підшпиндель має вбудовану структуру електричного шпинделя, а синхронізацію швидкості основного та допоміжних шпинделів можна безпосередньо реалізувати за допомогою системи числового керування. Заготовка верстата може завершити всю обробку за одне затискання, що значно підвищує ефективність.
Інтелектуальний, мережевий, гнучкий та інтегрований
Обладнання з ЧПК у 21 столітті буде системою з певним інтелектом. Зміст інтелекту включає всі аспекти системи числового керування: для досягнення інтелекту в ефективності обробки та якості обробки, наприклад, адаптивне керування процесом обробки, параметри процесу генеруються автоматично; щоб покращити продуктивність водіння та використовувати інтелект у зв’язку, наприклад, керування з упередженим зв’язком, самоадаптивну роботу параметрів двигуна, автоматичну ідентифікацію навантаження, автоматичний вибір моделі, самоналаштування тощо; спрощене програмування, спрощений інтелект операцій, такий як інтелектуальне автоматичне програмування, інтелектуальний інтерфейс, інтелектуальна діагностика, інтелектуальний моніторинг та інші аспекти для полегшення діагностики та обслуговування системи. Обладнання з числовим керуванням, підключене до мережі, є гарячою точкою в розробці верстатів за останні роки. Об’єднання обладнання з ЧПК у мережу значною мірою задовольнить потреби виробничих ліній, виробничих систем і виробничих підприємств щодо інтеграції інформації, а також це базовий блок для реалізації нових моделей виробництва, таких як гнучке виробництво, віртуальні підприємства та глобальне виробництво. Тенденція розвитку машин з числовим програмним керуванням до гнучких систем автоматизації: від точки (автономний, обробний центр і комбінований обробний центр), лінії (FMC, FMS, FTL, FML) до поверхні (незалежний виробничий острів у майстерні, FA) , тіло (CIMS, розподілена мережева інтегрована виробнича система), з іншого боку, щоб зосередитися на напрямку застосування та економії. Гнучка технологія автоматизації є основним засобом адаптації виробничої промисловості до динамічних вимог ринку та швидкого оновлення продукції. Його основна увага полягає в тому, щоб підвищити надійність і практичність системи як передумови, з метою легкого мережевого підключення та інтеграції, а також звернути увагу на посилення розвитку та вдосконалення технології блоків. Автономні верстати з ЧПК розвиваються в напрямку високої точності, високої швидкості і високої гнучкості. Верстати з ЧПК та їх складові гнучкі виробничі системи можна легко підключити до CAD, CAM, CAPP і MTS і розвивати в напрямку інформаційної інтеграції. Мережева система розвивається в напрямку відкритості, інтеграції та інтелекту.
Резюме
Коротше кажучи, технологія ЧПК всюди в нашій роботі та повсякденному житті, від невеликих майстерень до великих виробничих підприємств. Верстати з ЧПК здатні на все: від різьблення та вирізання індивідуальних дерев'яних виробів до токарної та фрезерної роботи з високоточними металевими деталями. Вони користуються попитом у всіх, від ентузіастів-аматорів до промислових виробників. Верстати з ЧПК підвищують продуктивність, одночасно заощаджуючи витрати на робочу силу та матеріали, що робить їх ідеальним партнером для початку нового бізнесу або модернізації застарілої виробничої лінії.
