Основные преимущества использования станков с чпу

Основная функция любого оборудования с ЧПУ – автоматиче- ское и точное управление движением рабочих органов. Любой станок с ЧПУ имеет два или более направления для движения, которые на- зываются осями. Причем движение по этим осям осуществляется точно и автоматически.

У всех станков используются две линейные оси, движение по которым осуществляется по прямому пути, и оси вращения, движе- ние по которым выполняется по кругу. На универсальном станке движение заготовки детали или инструмента порождается путем руч- ных операций, выполняемых станочником (например, вращением ру- кояток).

Вместо этого станки с ЧПУ оснащены сервомоторами, которые приводятся в действие системой ЧПУ, а та, в свою очередь, в точно- сти исполняет команды управляющей программы. Обобщая, можно сказать, что тип движения (ускоренный, линейный или круговой), оси перемещений, величина и скорость перемещения программируются во всех типах систем с ЧПУ.

Система ЧПУ, исполняя команды управляющей программы, по- сылает точное количество импульсов шаговому двигателю. Его вра- щение передается оси, с которой связан рабочий стол. Стол линейно перемещается. Устройство обратной связи, расположенное в проти- воположном конце оси, позволяет системе ЧПУ подсчитать, на сколько градусов повернулась ось, т. е. какое число импульсов реаль- но отработал шаговый двигатель.

Можно найти довольно грубую аналогию этому процессу. Вспомним о верстаке. Вращая ручку тисков, вы на самом деле вра- щаете и ось, которая в свою очередь раздвигает или сдвигает губки на тисках. По сравнению с верстаком линейные перемещения на станке с ЧПУ очень точные. Каждому вращению шагового электродвигателя точно соответствует линейное перемещение стола.

В условиях нормальной эксплуатации один станок с ЧПУ по- зволяет заменить от 2 до 6 единиц универсального оборудования, кроме того, значительно сокращается срок подготовки производства и длительность цикла изготовления продукции, возрастает гибкость.

Экономическая целесообразность использования станков с ЧПУ оправдывается, как правило, при обработке заготовок партиями от 15 шт. С целью увеличения эффективности использования дорого- стоящих станков с ЧПУ, особенно обрабатывающих центров (ОЦ), рекомендуется их эксплуатировать в режиме двух- и трёхсменной ра- боты.

Первое преимущество использования станков с ЧПУ заключает- ся в более высоком уровне автоматизации. Случаи вмешательства станочника или оператора в процесс изготовления детали могут быть исключены или сведены к минимуму. Большинство станков с ЧПУ могут работать абсолютно автономно в течение всего процесса обра- ботки заготовки детали, поэтому оператор-станочник может выпол- нять другие задачи. Предприятия, применяющие ЧПУ, получают до- полнительные преимущества: уменьшение числа ошибок оператора- станочника, а также предсказуемость времени обработки и более полная загрузка оборудования. Поскольку станок будет управляться при помощи программы, квалификация оператора станка с ЧПУ мо- жет быть значительно ниже по сравнению с образованием станочни- ка, работающего на универсальном оборудовании.

Второе преимущество использования технологии ЧПУ заключа- ется в более точном изготовлении детали. Сегодня производители станков с ЧПУ говорят о высочайшей точности и надежности обору- дования. Это означает, что однажды отлаженная управляющая про- грамма может быть использована на станке с ЧПУ для производства двух, десяти или тысячи абсолютно идентичных деталей, причем при полном соблюдении требований к точности и взаимозаменяемости.

Третьим преимуществом применения любого оборудования с ЧПУ является гибкость. На оборудовании с программным управлени- ем изготовление разных деталей сводится к простой замене управ- ляющей программы. Проверенная управляющая программа может быть использована любое число раз и через любые промежутки вре- мени. Это также является еще одним преимуществом, а именно, воз- можностью быстрой переналадки оборудования.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВ С ЧПУ

Основными техническими характеристиками являются следую- щие [25]:

1. Класс точности. Обозначается следующими буквами: П— повышенной точности; В—высокой точности; А—особо высокой точности, С—особо точные (прецизионные). По каждому классу точ- ности и группе станков нормируется допустимая величина погрешно- сти.

2. Вид устройства ЧПУ (УЧПУ) обозначается индексами, вхо- дящими в наименование модели станка: Ф1 – станки с цифровой ин- дикацией (в том числе с предварительным набором координат); Ф2 – станки с позиционными и прямоугольными системами управления; Ф3 – станки с контурными прямолинейными и криволинейными сис- темами управления; Ф4 – станки с универсальной системой управле- ния для позиционно-контурной обработки; Ц – станки с цикловым программным управлением.

3. Основные параметры станка: наибольший диаметр обраба- тываемого изделия (для токарных станков); наибольший диаметр сверления, (для сверлильных станков); диаметр расточного шпинделя (для расточных станков); ширина стола (для фрезерных станков) и т. д.

4. Наличие инструментального магазина.

5. Наличие устройства автоматической загрузки заготовок.

6. Габарит станка и его масса.

7. Число управляемых координат и число одновременно управ- ляемых координат.

Число одновременно управляемых координат определяет траек- торию движения инструмента относительно заготовки.

При сложной обработке на фрезерных, токарных и многоцеле- вых станках используют УЧПУ с непрерывным (контурным) управ- лением одновременно по нескольким координатам. Существуют УЧПУ с управлением одновременно по трем, четырем и пяти коор- динатам. Последние используются в станках со сложной траекторией инструмента. В токарных станках обычно применяются УЧПУ с од-

новременным управлением по двум координатам, а в токарно- револьверных и токарно-карусельных – по трем координатам.

 

 

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ СТАНКОВ С ЧПУ

Станки с ЧПУ требуют высокой точности исполнения команд на перемещения (1—2 мкм для большинства станков).

Для прецизионной обработки на станках с ЧПУ необходима вы- сокая точность изготовления всех его деталей, узлов и станка в це- лом. Точность станка определяется точностью изготовления его дета- лей и узлов (особенно направляющих корпусных деталей, несущих инструмент и заготовку), точностью изготовления приводов меха- низмов, качеством сборки станка, жесткостью его элементов, зазора- ми в сопрягаемых деталях, условиями трения в направляющих при перемещении рабочих органов и др. Жесткость шпинделя и других ответственных узлов станка должна превосходить жесткость анало- гичных узлов, предназначенных для традиционных станков.

При трогании с места исполнительный орган начинает движение не одновременно с действием управляющего сигнала, а только после того, как будут выбраны зазоры в передачах, произойдет некоторая деформация элементов, а усилие, воздействующее на управляемый орган, превзойдет сопротивление сил трения и сил резания. Действие указанных факторов особенно важно учитывать при конструировании ходовых винтов - последних звеньев передач к исполнительным ор- ганам большинства металлорежущих станков с ЧПУ. Именно поэто- му в станках с ЧПУ используют шарико-винтовые пары, отличаю- щиеся высокими точностью, износостойкостью и жесткостью благо- даря применению гаек с предварительным натягом и большему диа- метру ходового винта. Последний жестко крепится в осевом направ- лении, для чего используют упорные подшипники с предваритель- ным натягом.

В станках с ЧПУ, по сравнению с традиционными станками, ки- нематические цепи, передающие движение от двигателя к исполни- тельному механизму, значительно короче благодаря применению ав- тономных приводов для всех рабочих движений. Коробка скоростей

токарного станка имеет жесткий шпиндель с широким диапазоном частоты вращения. Эти конструктивные особенности позволяют зна- чительно увеличить статическую и динамическую жесткость приво- да.

Станки с ЧПУ оснащаются направляющими качения, обеспечи- вающими высокую точность перемещений исполнительных механиз- мов, а также беззазорными механическими передачами.

Точность перемещения рабочих органов в большой степени за- висит от точности срабатывания по времени механизмов останова: электромагнитных муфт, электродвигателей, тормозных устройств. Для уменьшения времени торможения и пуска конструкторы стре- мятся уменьшить маховые массы вращающихся деталей и электроме- ханическую постоянную времени привода.

Дискретность (цена импульса) - это перемещение механизма, соответствующее одному импульсу управляющей программы. Дис- кретность перемещения определяет значение ошибки, обусловленной представлением траектории движения в цифровой форме. Чтобы сни- зить эту погрешность, целесообразно уменьшить дискретность. Од- нако это приводит к увеличению управляющей частоты для обеспе- чения требуемой скорости перемещения. При возрастании частоты усложняются УЧПУ, привод подач и измерительные преобразователи обратной связи. Кроме того, снижение дискретности не везде являет- ся оправданным, так как система станок - деталь может вносить су- щественно большие погрешности. Исходя из требований точности и производительности в станках фрезерной и сверлильной групп в большинстве случаев принимается дискретность 10 мкм, для много- целевых, координатно-расточных, шлифовальных, электроэрозион- ных вырезных станков 0,5—1 мкм. В токарных и фрезерных станках повышенной точности дискретность не должна превышать 1 мкм.

Основные требования, которые должны быть выполнены при проектировании станков с ЧПУ, представлены на рис 1.2.