Общие сведения о токарных станках с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ – прибор станочного типа, работающий при помощи системы числового программного управления. Этот агрегат позволяет выполнять изготовление различных изделий высокой точности. Благодаря системе ЧПУ устройство может работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме. При этом вмешательство оператора в обработку деталей сводится к минимуму. Токарные станки с ЧПУ частично сочетают свойства агрегатных и универсальных токарных устройств. Оснащенные обширной базой данных, они выполняют множество видов изделий, быстро перенастраиваются, очень точно повторяют детали.

3.1 Предназначение

Токарные станки с ЧПУ – современные варианты стандартных станочных аналогов, оснащенные рядом дополнительных функций, одной из которых является наличие системы ЧПУ. Такие устройства предназначены для обработки металлических заготовок токарным способом, но могут быть использованы и для работы с другими материалами. Благодаря этому токарные станки превратились в универсальные приборы, используемые в различных областях. Основная область применения – в заводских условиях и в быту. С использованием станков с ЧПУ: производится внешнее и внутренне вытачивание деталей; изготовляются конусообразные элементы, или имеющие другие сложные формы; выполняется продольная обработка заготовки; производится черновая и чистовая обработка; регулируется длина деталей; вытачиваются пазы, выемки, отверстия; нарезается резьба дюймового и метрического типа. Этот станок способен справиться с задачей практически любого уровня сложности. Поэтому область применения станков с ЧПУ для токарных работ – на предприятиях, занимающихся серийным производством деталей. Также использование токарных станков отмечается на частом производстве в малом бизнесе.

3.2 Особенности токарных ЧПУ-станков

Рисунок 1. Промышленный токарный станок с ЧПУ

Программное управление позволяет станкам работать в почти автономном режиме, сокращая затраты на производство. Токарное оборудование с числовым управлением способно выполнять следующие типы операций по металлу:

· вытачивание деталей по внешним и внутренним размерам;

· точение вдоль заготовки;

· изготовление деталей в форме конуса и сложных форм;

· отделение детали нужной длины;

· растачивание пазов, выемок, отверстий;

· чистовое и черновое выполнение отверстий;

· нарезка дюймовой или метрической резьбы.

Данные машины бывают трех типов:

· контурного;

· позиционного;

· адаптивного.

Первый тип включает приборы, работающие по заданной траектории. Такие агрегаты требуют контроля со стороны оператора. Ко второму типу относятся станки, способные выполнять обработку на устройстве точечным образом. Третий тип объединяет возможности контурного и позиционного станка.

3.3 Конструкция токарного станка по металлу с ЧПУ

Независимо от модели все устройства содержат базовый набор компонентов:

· станина (основание). На ней размещаются все остальные компоненты станка; шпиндельная или передняя бабка. Любой металлообрабатывающий аппарат имеет коробку скоростей и шпиндель, которые расположены в передней бабке. Эти два узла считаются основой механизма;

· суппорт. Устройство для фиксации резца во время точения и приближения его к детали. Суппорт состоит из нижней и верхней кареток. На верхней размещается держатель резца;

· коробка подач. Предназначена для подачи движения суппорту через валик или винт хода;

· электрочасть. Любая модель станка оснащена электромотором, мощность которого может быть различной и устройствами для управления электрическим оборудованием;

· револьверные головки. Часто устанавливаются на станки с ЧПУ и позволяют очень быстро автоматически заменять инструмент.

3.4 Принцип работы

Работа на токарных станках с ЧПУ зависит от характеристик используемого прибора. Выбор станка зависит от: допустимого показателя толщины обрабатываемой заготовки; максимального расстояние, которое можно установить между центральными частями бабок; допустимого диаметра детали, устанавливаемой над суппортом. Задняя бабка используется для установки фрезы, или другого рабочего инструмента. Движение бабки выполняется по траектории рельс, расположенных на станине. Длина перемещения равна размерам заготовки. Вдоль обрабатываемой детали перемещается рабочий инструмент, движение которого зависит от каретки. Суппорт отвечает за то, чтобы его положение не сбилось в ходе точения. Одиночный держатель применяется для простой обработки станками. Более сложные задачи выполняются при помощи головок, способных разместить несколько резцов. Наибольшее количество резцов составляет четыре.

Одиночный держатель применяется для простой обработки станками. Более сложные задачи выполняются при помощи головок, способных разместить несколько резцов. Наибольшее количество резцов составляет четыре.

3.5 Виды токарных станков с ЧПУ

Рисунок 2. Пульт управления токарным станком с ЧПУ

С учетом особенностей устройства можно разделить все токарные ЧПУ-станки по металлу на две группы:

· вертикальные;

· горизонтальные.

Вертикальные модели в большинстве случаев рассчитаны на обработку широких и коротких деталей, с большим поперечником. Горизонтальные модели чаще применяют для работы с небольшими и совсем мелкими заготовками. К этой группе относятся и многочисленные домашние мини станки по металлу настольного типа.

По размещению направляющих аппараты могут быть наклонными, вертикальными или горизонтальными.

Согласно функционалу и возможностям ЧПУ аппараты также можно классифицировать:

· многофункциональные. Способны выполнять практически все виды токарных работ с любыми типами деталей. Станина у них обычно имеет наклонную форму, она снабжена направляющими качения;

· повышенной производительности. Работают в непрерывном режиме, в том числе с деталями особой сложности, оснащаются направляющими скольжения. Такой вид направляющих создает повышенную жесткость и позволяет резать в прерывистом или непрерывном режиме любые типы материалов. Наибольшую эффективность станки этой группы обеспечивают точение отливок, поковок из сложнообрабатываемых материалов;

· для точения втулок и валов. Созданы непосредственно для резки сложных форм тел вращения, торцов и нарезки резьб. Можно использовать и для выполнения отверстий;

· для точения труб и валов. Специально разработаны для токарной резки длинных деталей (вытачивают сложные поверхности, нарезают резьбу). Возможны обработки внутренних и внешних поверхностей в форме цилиндров, конусов, криволинейных.

· мини токарные станки с ЧПУ. Используются для работы с маленькими металлическими заготовками, отличаются невысокой мощностью, компактностью и малым весом.

Кроме этого, различаются станки одно- или многоинструментальные по количеству резцов, используемых в работе. Мини модели оснащаются одним резцом. Инструмент крепится на нескольких или одном суппортах, в головке револьверного типа либо магазине. По типу производимых манипуляций устройства делятся на:

· патронные устройства разработаны для точения особых форм деталей, у которых необходимо обрабатывать внешние части, торцы и внутренние поверхности, зенкеровать, сверлить, точить;

· центровые аппараты применяют для точения внешних частей деталей сложных форм, конуса, обрезки торцов, цилиндра, резьбовой нарезки;

· карусельные модели используются для точения крупных деталей: втулок, дисков, фланцев;

· патронно-центровое оборудование сочетает в себе свойства патронных токарных устройств и центровых.

Станки отечественного производства поступают в продажу с определенной маркировкой, при помощи которой можно определить возможности оборудования. Маркировка включает букву и цифру. Наиболее распространенные модели имеют маркировки: Ф1 – рабочий механизм выполняет обработку по заранее заданным координатам; Ф2 – рабочий механизм осуществляет точечную обработку; Ф3 – задается траектория, по которой выполняется точение на станках с ЧПУ под контролем оператора; Ф4 – комбинированная обработка, объединяющая возможности контурных и позиционных станков.

3.6 Характеристики токарных станков с ЧПУ

Рисунок 3. Настольный токарный станок с ЧПУ по металлу

За исключением мини устройств, у большинства станков с числовым управлением очень внушительные технические показатели.

Класс точности. В маркировке станка он обозначается литерами: А — особо высокой; В — высокой; С — прецизионные (особо точные); П — повышенной. Домашние мини модели чаще всего относятся к классу В.

Мощность привода может достигать 40 киловатт. Устанавливаются моторы постоянного тока, которые позволяют изменять скорость вращения шпинделя плавно либо трехфазные электромоторы с 15 — 24 ступенями регулировки скорости.

Скорость вращения основного исполнительного инструмента может достигать 2 тысяч оборотов в минуту и около 200 пределов изменения скорости движения шпинделя.

Максимальный диаметр обрабатываемой детали. Варьирует от 100 мм — у мини моделей до 1000 мм у промышленных моделей с вертикально расположенным шпинделем.

Движение подачи регулируется плавно в довольно широких пределах, так у некоторых моделей диапазон подачи может меняться в 1500 раз. Расширенные настройки позволяют подобрать наилучшие параметры обработки для заданной детали и передвигать исполнительный инструмент по сложным траекториям, невозможным при ручном управлении.

Работа позиционируется по двум осям координат, управление которых независимо друг от друга. Количество одновременно управляемых осей влияет на характер перемещения резца. Для самых сложных работ на токарных станках по металлу применяют контурную схему управления сразу по многим координатам.

Суппорт передвигается со скоростью от 4 до 10 метров в минуту, что значительно уменьшает время на непродуктивные перемещения резца.

По сравнению с обычными токарными станками, ЧПУ обладают повышенной жесткостью конструкции, обеспечивающей максимально возможную точность точения.

Количество используемых резцов в одном аппарате может достигать 12 и больше. У большинства промышленных станков и мини моделей есть устройства механического отвода пыли и отходов.

Все токарные устройства с ЧПУ, даже мини аппараты, оснащены информативной системой светового оповещения. Светодиоды оповещают о поломках механизмов, запуске устройства, связях с отдельными узлами. Дисплей индикации указывает все необходимые данные для быстрого реагирования и устранения неполадки.

Режимы работы

На токарных мини устройствах можно работать в ручном, автоматическом, полуавтоматическом режиме или в преднаборе.

В полуавтоматическом режиме устройство выполняет одну команду, после чего останавливается и ожидает следующей. В автоматическом осуществляется полный цикл изготовления детали. В ручном режиме любые функции станка запускаются вручную. Подача может изменяться от 0 до 120 градусов, а скорость движения шпинделя с помощью регулятора.

Управляющая программа Токарный станок с ЧПУ выполняет обработки детали на основе параметров управляющей программы (УП). Изготовление деталей без нее невозможно. Выбор управляющей программы зависит от области применения. Она может быть разработана самостоятельно специалистом, или приобретена уже готовой. Второй способ используется при изготовлении станком деталей со стандартными параметрами. В большинстве же случаев при применении станков для производства новых деталей требуется создание индивидуальной управляющей программы. УП состоит из набора последовательных действий, необходимых для изготовления конкретной детали.

При помощи команд настраивается: перемещение рабочих инструментов; перемещение заготовки; скорость токарной обработки детали. Программа пишется при помощи специального софта, устанавливаемого на компьютер. Для создания УП чаще всего используются приложения: AutoCAD; T-FlexCAD; NanoCAD; ArtCam; SolidWorks.
Управляющая программа создается в несколько этапов. На первом этапе разрабатывается трехмерная модель будущей заготовки. Эта работа осуществляется дизайнерами-программистами, использующими вышеуказанное программное обеспечение. После этого модель сохраняется в файл определенного формата, совместимого с управляющим блоком станка. На втором этапе выполняется создание управляющей программы. Она включает комплекс команд, которые при последовательном выполнении создают реальную заготовку по ранее разработанной трехмерной модели. Управляющая программа также сохраняется в отдельный файл, который можно считывать со съемных носителей. На третьем этапе УП загружается управляющий блок токарного станка, и запускается. Первый запуск является пробным, поскольку часто возникает необходимость в доработке программы. В этом случае сохраняются ошибки, при помощи программа которых программа корректируется, и снова загружается в ЧПУ станка. Если тестовый запуск показал соответствие нужным требованиям, разработка программы официально завершена, и ее можно использовать для чистовой обработки, и запускать в серийное производство.

4.0 16К20Ф3 Станок токарный патронно-центровой с числовым программным управлением (ЧПУ).

Назначение: Токарная обработка деталей типа тел вращения в замкнутом полуавтоматическом цикле.

Станок предназначен для токарной обработки наружных (диаметром до 400 мм) и внутренних поверхностей деталей (длиной до 1000 мм) со ступенчатым и криволинейным профилем в осевом сечении.

Токарный станок 16К20Ф3 сконструирован на базе токарно-винторезного станка 16К20, поэтому компоновка, составные части и движения у этих станков одинаковы. Во многом унифицирована также конструкция.

Устройство ЧПУ станка (станок может оснащаться различными типами систем ЧПУ: разомкнутыми, замкнутыми, СТС) обеспечивает движение формообразования (число одновременно управляемых координат равно двум), изменение значений подач, переключение частот вращения шпинделя, индексацию резцовой головки и нарезание резьбы по программе.

Станки могут выпускаться с различными устройствами ЧПУ (УЧПУ), в исполнении для встраивания в гибкие производственные модули (ГПМ), а также в специальном и специализированном исполнении при оснащении наладками по согласованию с заказчиком.