Станки с ЧПУ: принцип работы, сфера применения, преимущества, виды

Станки с ЧПУ: принцип работы, сфера применения, преимущества, виды

В этой статье мы расскажем, по каком принципу работают станки с ЧПУ, в чем их преимущества и какие существуют виды Сегодня различные виды станков с числовым программным управлением, или сокращенно «ЧПУ», давно перестали быть чем-то из ряда вон выходящим и широко применяются на самых разных промышленных предприятиях.

Особенность станков с программным управлением — выполнение операций по обработке материалов по заданной программе с минимальным участием и контролем со стороны человека

В их числе: повышение качества выпускаемых деталей, сокращение трудозатрат при увеличении показателей рентабельности промышленного производства.

Принцип работы станков с ЧПУ

Современный станок с ЧПУ представляет собой сложное с конструктивной и инженерной точки зрения оборудование. Это аппаратно-программная система, которая предназначена для обработки исходного материала/заготовки в сложную по конфигурации деталь. Последняя используется для дальнейшей сборки более крупной машины или механизма. Говоря простым языком, под числовым программным управлением понимается контроль производственного процесса компьютером. Он управляется как перемещением и режимом работы обрабатывающего инструмента станка в виде шпинделя, суппорта и поворотного стола, так и расположением заготовки.
ㅤ Программное обеспечение оборудования делятся на две части:

• Первая, CAD, отвечает за автоматизированное проектирование;
• Вторая, CAM, за автоматизированное производство.

Посредством CAD-программирования формируется 3D-модель конечного продукта, который требуется получить на выходе. CAM-программа представляет собой описание последовательного превращения исходной заготовки в готовую деталь.

Главными достоинствами качественного станка с ЧПУ выступают точность воспроизведения запроектированной модели и высокая скорость обработки

Благодаря этому достигается как резкое увеличение производительности оборудования, так и повышение качества выпускаемой продукции.

В качестве бонуса внедрение станков с числовым программным управлением позволяет свести к минимуму или полностью ликвидировать влияние на производство человеческого фактора, что достигается полной автоматизацией технологического процесса.

Сфера применения станков с ЧПУ

«Семейство» станков с числовым программным управлением весьма многочисленно. В него входят самые разнообразные модели обрабатывающего оборудования, включая фрезеры, токарные станки, лазерные резаки, плазмотроны, граверы, водорезы и большое количество других станков.

Благодаря настолько серьезному разнообразию, станки с ЧПУ широко применяются практически во всех отраслях промышленности. Но наибольшее распространение они получили в следующих областях:

• Металлообработка и все виды машиностроения. В сегодняшних условиях значительная часть деталей, особенно со сложной конфигурацией, выпускается на станках с ЧПУ;
• Производство электроники. Рассматриваемое оборудование применяется для изготовления печатных плат, выступающих основной для большей части бытовой и промышленной техники, а также для производства лицевых панелей и корпусов различных технических устройств;
• Изготовление мебели и дверей. С помощью станков с ЧПУ выпускаются мебельные фасады (простые и сложные), выполняется раскрой различных материалов (ДСП, МДФ, ДВП и т.д.), производится обработка древесины и металла в ходе изготовления дверных полотен и коробок;
• Выпуск рекламных конструкций и изделий. В данном случае речь идет не только о раскрое и изготовлении вывесок и табличек из акрила, ПВХ, металла и других материалов, но и гравировке на оргстекле и обычном стекле, производстве ценников, подставок, пластиковых лотков и аналогичных POS-изделий.

Приведенный перечень не является исчерпывающим. Он постоянно пополняется за счет новых отраслей и видов деятельности, что выступает следствием внушительного списка достоинств практического применения станков с ЧПУ.

Преимущества использования оборудования с ЧПУ

Все более частое применение станков с числовым программным управлением объясняется предельно просто. При грамотном использовании этого вида обрабатывающего оборудования удается добиться большого количества очевидных достоинств.

Вот главные из них:

• Высокая степень автоматизации. Сводит к минимуму влияние человеческого фактора и сокращает количество обслуживающего персонала;
• Точность изготовления детали и возможность многократного повторения конечного результата технологического процесса. Особенно важным это преимущество оказывается для массовых производств;
• Оперативность перепрофилирования для выпуска другой детали. Для этого достаточно поменять программное обеспечение станка. Количество возможных вариантов ограничивается только наличием нужных программ;
• Возможность изготовления сложных по конфигурации или крупных по размерам деталей. Некоторые из них попросту не могут быть выпущены на оборудовании с ручным управлением в принципе;
• Предсказуемость итогового результата технологического процесса. Это в равной степени касается как готовой детали, так и сроков ее получения, что крайне важно для оптимальной организации всего производства.

Несмотря на достаточно высокую стоимость приобретения подобного оборудования, а также серьезные расходы на его наладку и обслуживание, вложенные затраты быстро окупаются.

Особенно выгодно использование станков с числовым программным обеспечением на крупном производстве

Виды станков с ЧПУ

Для классификации станков с числовым программным управлением используется несколько признаков.

К ним относятся:

• Тип движения обрабатывающего инструмента (точечный и контурный);
• Система управления (разомкнутая и замкнутая);
• Количество осей (две, три, четыре или пять);
• Тип привода (гидравлический, электрический, пневматический).

Но наиболее часто для деления на виды станков с ЧПУ используется способ обработки. Рассмотрим их подробней

В соответствии с этим параметром различают фрезерное, токарное, лазерное и плазменное оборудование. Рассмотрим их подробнее

Фрезерные станки с ЧПУ

Такое оборудование используется, собственно, для фрезерования деталей как простой плоскую формы, так и сложной пространственной конфигурации.

В качестве дополнительных опций выполняется раскрой листовых материалов, обработка исходной заготовки под разными углами, выбирание пазов.

Нередко фрезерный станок с ЧПУ комплектуется устройством АСИ, под которыми понимается инструментальный магазин или револьверная шпиндельная головка, существенно расширяющие возможности оборудования.

По конструктивным особенностям различают два типа фрезерных станков — вертикально-фрезерный и горизонтально-фрезерный.

В первом случае обрабатывающий инструмент, шпиндель, располагается перпендикулярно столу, что позволяет производить обработку одной стороны заготовки.

Во втором шпиндель монтируется параллельно рабочей поверхности стола, что дает возможность многосторонней обработки заготовки без необходимости ее повторного закрепления.

Отличительными особенностями современных фрезерных станков с ЧПУ выступают:

• Мощный и массивный корпус, который дополнительно укрепляется ребрами жесткости;
• Высокие требования к прочности и надежности крепления шпинделя;
• Возможность качественной обработки поверхности, независимо от направления фрезерования — встречного или попутного;
• Удобные и прочные рельсовые направляющие, которые предназначены для перемещения обрабатывающего инструмента по горизонтали.

Примером качественного фрезерного станка с ЧПУ можно назвать две модели подобного оборудования от Wattsan: M4S 1325 и M9 1325. Они сочетают разумный уровень стоимости с отменными технико-эксплуатационными характеристиками.

Одно из важных преимуществ станков Wattsan — длительный срок службы оборудования

Токарные

Токарный станок с ЧПУ предназначен для обработки заготовки специальным резцом, который закрепляется в держателе. Современное оборудование комплектуется кассетным резцедержателем, вместимость которого позволяет использовать до 12 различных рабочих инструментов.

Для закрепления заготовки используется токарный патрон, который фиксируется на вращающемся шпинделе. Для приведения рабочих органов станка в движения используется система приводных механизмов.

Ее отличительной особенностью выступает превышение скорости вспомогательного хода над аналогичным показателем рабочего

По виду производимых работ различают несколько разновидностей токарных станков с числовым программным управлением, включая:

• Центровые. Обрабатываются детали конической и цилиндрической формы. Технология обработки — точение;
• Патронные. Применяются для нарезания резьбы, сверления, обтачивания под фланцы, втулки, диски и шестерни, а также зенкеровки. Одинаково эффективны для обработки деталей как изнутри, так и снаружи;
• Комбинированные (патронно-центровые). Универсальное оборудование, конструкция которого позволяет совместить функции обоих перечисленных выше разновидностей станков;
• Карусельные. Предназначены для обработки заготовок неправильной формы или большого размера. Делятся на два вида: одностоечные (для обработки деталей диаметром до 2 метров) и двухстоечные (для работы с более крупными заготовками).

В числе характерных особенностей токарных станков с ЧПУ необходимо выделить следующие:

• Стандартная вертикальная компоновка оборудования (альтернативный вариант — круто наклоненная). Упрощает и облегчает удаление стружки из рабочей зоны;
• Выполнение несущих конструкций станка из толстого металла с обязательным дополнением в виде ребер жесткости. Объясняется повышенными требованиями к прочности и надежности изделия;
• Оснащение оборудования автоматическими револьверными головками или сменными магазинами, что расширяет сферу практического применения станков.

Многоцелевые обрабатывающие центры

Многоцелевые станки с ЧПУ представляют собой комплексную систему, позволяющую совмещать функции токарного и фрезерного оборудования.

Использование комбинированного программного обеспечения в сочетании с универсальным сверлильно-расточным рабочим инструментом позволяет производить обширный перечень операций без перебазировки заготовки.

• Фрезерование;
• Зенкеровка;
• Нарезка резьбы и фасок;
• Раскрой и т.д.

Среди конструктивных и функциональных особенностей многоцелевых обрабатывающих центров особое значение имеют такие:

• Комплектование сменными инструментальными магазинами;
• Оборудование специальными поворотными рабочими столами, позволяющими перемещать заготовку в нескольких плоскостях;
• Использование малоинерционных высокомоментных двигателей, которые отличаются высоким уровнем быстродействия и серьезными показателями крутящего момента даже на малых оборотах.

Различают два типа многоцелевых обрабатывающих центров — горизонтальный и вертикальный. Первый предназначен для обработки крупногабаритных деталей с одной из сторон. Второй предоставляет возможность одновременно обрабатывать деталь с двух-пяти сторон.

Лазерные станки с ЧПУ

Лазерные станки с ЧПУ бывают в основном двух видов: с CO2 излучателем и с оптоволоконным твердотельным иттербиевым излучателем. СО2 станки применяются для резки и гравировки НЕ металлов, в основном это фанера.

CO2 станки Wattsan отличаются от аналогов рамной конструкцией корпуса

Благодаря ей и другим усиленным элементам станка лазерное CO2 оборудование компании WATTSAN может работать 24/7 без перерывов долгие годы.

Станки с иттербиевым излучателем могут резать и гравировать такие металлы как медь, латунь, нержавеющей или оцинкованной стали, черного металла, а также различных сплавов.

Примером подобного оборудования высокого уровня резки металлов выступает металлорез Wattsan 1530. Он обладает несколькими преимуществами, характерными для всех станков с ЧПУ, относящихся к данной категории:

• Чистый и ровный рез. Заготовки не требуют дополнительной обработки, так как получаемая на выходе кромка имеет практически идеальную поверхность;
• Высокая производительность. Возможности станка позволяют перемещать лазер со скоростью до 50 м./мин., что становится попросту недостижимым показателем для любых альтернативных способов обработки;
• Точность выполнения отверстий. Работа ведется лазерным лучом очень маленького диаметра и контролируется компьютером, что гарантирует получение необходимого результата;
• Возможность обработки заготовок сложной конфигурации и контура. В качестве бонуса — дополнительная опция «нестинг», благодаря которой обеспечивается плотность примыкания разрезаемых деталей друг к другу, что позволяет свести к минимуму потери исходного материала;
• Бесконтактная технология резки. Исключает необходимость использования прижимных приспособлений, замедляющих скорость работы и оказывающих дополнительное воздействие на заготовки;
• Полная автоматизация технологического процесса. Исключает влияние человеческого фактора и, как следствие, возможность брака;
• Экономичность. Особенностью оптоволоконных лазерных станков Wattsan — минимальный уровень затрат на комплектующие и расходники. Это ведет к быстрой окупаемости оборудования.

Эти преимущества позволяют применять лазерные станки с ЧПУ по металлу Wattsan в производстве широкого спектра изделий:

• Морских и речных контейнеров;
• Рекламных конструкций;
• Изделий и конструкций строительного назначения;
• Разнообразных деталей и комплектующих к бытовой технике;
• Торгового и холодильного оборудования;
• Лифтов и т. д.

Существует множество моделей лазерных станков с ЧПУ. Например, только в линейке продукции Wattsan представлено более нескольких десятков моделей, заметно различающихся по характеристикам

Плазменные станки с ЧПУ

Главным отличием плазменных станков с ЧПУ от лазерных является технология обработки металлов или других материалов.

Плазменные станки плавят поверхность заготовки за счет дуги и при непосредственном воздействии воздуха, а лазерные — при помощи лазерного луча, сфокусированного в определенной точке.

Благодаря этому плазменные станки с числовым программным обеспечением получают как несколько очевидных преимуществ, так и ряд определенных недостатков. Основными плюсами их практического применения выступают:

• Обширный диапазон толщины обрабатываемых заготовок — от 0,5 до 50 мм;
• Высокая производительность, которая особенно наглядно проявляется при разрезании деталей большой толщины;
• Заметно меньшая, по сравнению с лазерными станками, стоимость оборудования;
• Возможность быстрой и удобной резки со скосом, то есть под определенным углом, что существенно расширяет возможности плазменных станков с ЧПУ.

В числе наиболее значимых недостатков рассматриваемого оборудования нужно отметить следующие:

• Экономическая невыгодность обработки заготовок с толщиной 10 мм и меньше;
• Недостаточное качество края кромок, конусность которых достигает 5 градусов;
• Наличие окалины в местах изменения направления движения резца, что требует дополнительной обработки заготовки перед дальнейшим использованием;
• Невозможность сверления отверстий диаметром до 4 мм;
• Повышенный уровень затрат на расходные материалы;
• Ограниченная сфера практического применения, заметно более узкая, чем для лазерных станков с ЧПУ.

Таким образом, плазменные станки с ЧПУ используются заметно реже, лазерные

При этом стоит отметить, что для некоторых видов деятельности, например, сверлении заготовок большой толщины, будут оптимальнее именно плазморезы.

Сочетание приведенных выше достоинств и недостатков становится наглядным объяснением того, почему плазменные станки с ЧПУ используются заметно реже, чем аналогичное оборудование с лазерной технологией обработки.

При этом стоит отметить, что для некоторых видов деятельности, например, сверлении заготовок большой толщины, именно плазморезы становятся лучшим и самым оптимальным решением.

Домашние станки с ЧПУ

Главной особенностью так называемых домашних станков с ЧПУ — это отсутствие требований к высокой производительности и мощности оборудования. При этом особо популярны в данном сегменте универсальные модели, выполняющие самые разные операции по обработке различных материалов, прежде всего — деревянных заготовок.

В сегодняшних условиях многие производители стремятся расширить рынки сбыта, в том числе за счет относительного нового сегмента — домашних станков с ЧПУ. Wattsan не является исключением из этого правила, выпуская сразу несколько моделей подобного оборудования, с рабочим полем до 600*900 мм.

Главное, что их отличает от продукции других брендов — это сочетание надежности, компактных размеров, экономичности и разумного уровня цен, что особенно важно для частных клиентов

Числовое программное управление — это аппаратно-программная система, которая предназначена для обработки исходного материала/заготовки в сложную по конфигурации деталь. Он управляется как перемещением и режимом работы обрабатывающего инструмента станка в виде шпинделя, суппорта и поворотного стола, так и расположением заготовки.

Благодаря настолько серьезному разнообразию, станки с ЧПУ широко применяются практически во всех отраслях промышленности, от выпуска рекламных конструкций и изделий до металлообработки и всех видов машиностроения.

Станки с ЧПУ, прежде всего, полезны скоростью, точностью и высокой степенью автоматизации. В основном они различаются по способу обработки: фрезерное, токарное, лазерное и плазменное.

https://lasercut.ru/blog/stanki-s-chpu/