Что такое станок с ЧПУ: устройство и принцип работы

Оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ), это одно из наиболее производительных и эффективных средств обработки различных материалов, в том числе древесины и выпуска сложных изделий. Такие станки оснащаются микро компьютерами, содержащими в своей памяти команды для операций, выполняемых исполнительными устройствами – сервоприводами рабочих инструментов. Последовательность действий задаётся внешней программой, которая разрабатывается на CAD в специальном программном обеспечении, которая автоматизирует процесс проектирования. После того как виртуальный чертёж изделия был создан, осуществляется экспорт / генерация G-кода, который впоследствии загружается в микроконтроллер и содержит всю последовательность действий по обработке детали.

Особенности конструкции (500)

Основным элементом станка с ЧПУ, который отличает его от ручного оборудования, является устройство программно-аппаратного управления. В зависимости от модели она может иметь различные схемы. Однако её основное назначение интерпретировать полученный программный код в действия исполнительных устройств, а также осуществлять контроль на их функционированием, изменением формы заготовки и общим состоянием всех функциональных элементов оборудования.

Управление периферийным оборудованием осуществляется через следующие устройства:

• Электропривод главного движения с обратной связью;
• Контроллер перемещений на основе фотоэлектрического преобразователя;
• Различные каналы входа-выхода обеспечивающие двухстороннюю связь между контроллером и исполнительными устройствами шпинделя, револьверного барабана, серводвигателями портала и т.п.

Фрезерный станок с ЧПУ

Кроме стандартных элементов присущих любому оборудованию с электронным управлением фрезерный станок по дереву с ЧПУ имеет вертикальный или горизонтальный шпиндель, как альтернатива фрезерный автомат, где головка шпинделя установлена на шарнирное соединение, позволяющее выполнять как вертикальную, так и горизонтальную обработку.

Кроме того в стандартную комплектацию входят предохранительные устройства и концевые выключатели отключающие подачу электричества при чрезвычайной ситуации, вызванной сбоями в программе. Гидравлическая или пневматическая системы перемещение портала - при необходимости работы с особо твердыми породами древесины и приложении увеличенной нагрузки.

Комплектующие

Набор комплектующих для оборудования с ЧПУ напрямую зависит от его типа. Однако есть детали общие для принципиальной конструкции таких станков:

• Станина - в зависимости от габаритных размеров оборудования может быть как напольной, так и настольной;
• Портал - комплект направляющих по которым рабочая часть перемещается в двух- трёхмерной оси координат;
• Силовые агрегаты - представляют собой сервоприводы, приводящие в движение портал, а также электродвигатель передающей вращательное движение шпинделю;
• Различные механические детали: рельсовые направляющие, валы, подшипники, муфты и т.п.;
• Контроллер управления - коммуникационная плата, на которой осуществляется запись программы, я датчики контролирующие работу устройства;
• Источники питания.

Область применения

Область применения деревообрабатывающего оборудования с ЧПУ весьма разнообразна и напрямую зависит от его типа. Чаще всего для обработки древесины используются следующие виды станков:

1. Токарные или токарно-фрезерные - используются для изготовления тел вращения имеющих сложный профиль. К примеру, балясины для лестниц, ножки для стульев и различные декоративные элементы;
2. Фрезерно-гравировальные - используется для формирование и гравировки плоских и криволинейных поверхностей;
3. Лазерные - в зависимости от типа, применяемого в конструкции лазера, а также набора оптики для фокусировки луча могут применяться для гравировки по технологии точечного обогревания или резки массива древесины и плит из древесного композита: ДСП, МДФ, OSB, ЛДСП, фанеры и т.п.

Используемые материалы

Из самого названия понятно, что основным назначением деревообрабатывающего станка с ЧПУ является определённое воздействие на древесину. Однако, большинство оборудование такого типа является более универсальным. Всего помощью можно обрабатывать композитные материалы на основе древесины: фанеру, OSB, ДСП / ЛДСП, МДФ и т.п.

При этом необходимо помнить, что для полимерных изделий существуют совершенно иные пороги термического воздействия. Что должно отражаться в программах по обработке этого материала. Некоторые производители указывают соответствующие допуски в стандартном программном обеспечении, которое поставляется в комплекте. Для других типов оборудования данные показатели необходимо вывести эмпирически.

 Процесс создания резной ножки

Возможная продукция

Область использования различных деревообрабатывающих станков с ЧПУ чрезвычайно широка. Они применяются при изготовлении рекламной продукции, упаковки, мебели, при производстве, игрушек, фурнитуры, дизайнерских изделий для интерьера и т.п.

Из наиболее распространённых областей применения можно отметить следующие:

Раскрой листов для изготовления элементов вывесок, из оргстекла или других полимерных материалов. Надписи на древесине и фанере, которая используется в качестве сувенирной продукции: брелоки, подставки под стаканы и чашки для кофе, меню в кафе, канцелярские наборы и многое другое;

Меню для кафе

Очень широко применяется фрезеровка на станках ЧПУ в мебельном производстве. С её помощью изготавливают как отдельные конструкционные детали мебели, так и различную фурнитуру и декоративные элементы.

Оригинальная мебель, все элементы которой сделаны на станке с ЧПУ

Также при помощи фрезера с ЧПУ выполняют отделку мебельных фасадов.

Оборудование с ЧПУ является идеальным средством производства сложных декоративных элементов используемых в дизайне интерьеров.

Декоративные элементы для украшения интерьера

Достоинства и технические ограничения

Использование станков с ЧПУ по дереву даёт массу преимуществ, из которых специалисты выделяют следующие наиболее важные:

Автоматизация производственного процесса, ограничивающая воздействие человеческого фактора. Станок самостоятельно выполняет основные действия по обработке детали:

• Выбор рабочего инструмента - при наличии револьверной головки;
• Перемещение рабочего инструмента с оптимальной интенсивностью и заданной точностью;
• Контроль скорости и при необходимости изменение направления и скорости вращения шпинделя.
• Это обеспечивает высокое качество детали или изделия.

Точность обработки. Использование ЧПУ позволяет минимизировать отклонения от требуемых размеров обрабатываемые детали. Некоторые модели позволяют достичь стопроцентной точности при постоянной повторяемости процессов. Что практически невозможно, если обработку осуществляет оператор на ручном оборудовании.

Высокая скорость выполнения операций - основной критерий производительности. Использование станков с ЧПУ значительно снижает время простоя оборудования, а также ускоряет все процессы, исключив необходимость систематической остановки устройств для выполнения промежуточных замеров.

Гибкость производства. Чтобы перейти от выпуска одной детали к другой, независимо от сложности её формы, количества и разнообразия процессов обработки, необходимо просто заменить программу.

Снижение потребности в расходных материалах. Режущий инструмент эксплуатируется в оптимальном режиме, что существенно повышает его ресурс. Это приводит к дополнительной экономии средств и снижении себестоимости продукции.

• Однако, использование станков с ЧПУ имеет определенные недостатки технические ограничения:
• Высокая стоимость, определяющая необходимость крупных первоначальных инвестиций;
• Высокие требования к квалификации персонала, осуществляющего техническое обслуживание или необходимость привлечения внешних специалистов из специализированных организаций;
• Обеспечение приемлемых условий эксплуатации: температура, влажность, запыленность;
• Необходимость переквалификации или наём нового инженерного персонала, осуществляющего разработку и проектирование деталей.

Критерии выбора

Выбирая станок с ЧПУ по дереву, прежде всего, необходимо определиться с областью его использования. Какие задачи стоят перед оборудованием? Фрезерные - используются для плоского, контурного или ступенчатого фрезерования, также они могут высверливать различные отверстия и формировать пазы, нарезать или растрачивать резьбу, выполнять другие процессы обработки детали. Токарные - обрабатывают заготовку в процессе вращения. Результат их действий менее разнообразен. Как правило, это изделия цилиндрической, сферической или конической формы. Однако с помощью одной из разновидностей такого оборудования - карусельных токарных станков можно выполнять подрезку торцов, формировании канавок и пазов и т.п.

После определения назначения станка с ЧПУ необходимо подобрать его эксплуатационные характеристики:

Скорость вращения двигателя. Общепринятый стандарт для обычного оборудования составляет 4-8 тыс. об/мин. Для горизонтальных моделей токарных станков этот показатель может возрасти до 10-20 тыс. об/мин. Обороты высокоскоростных, наиболее дорогостоящих, станков с ЧПУ по дереву, могут достигать 40-50 тыс. об/мин. Кроме того следует обратить внимание на тип управления силовым приводом. В бюджетных версиях используется шаговое управление скоростью. Это может привести к существенному снижению точности обработки детали. Поэтому, если изделие должно иметь минимальные допуски, то рекомендуется использовать серводвигатели с плавным переключением скоростей.

Рабочая зона. Определяющим фактором является габаритные размеры рабочей зоны тесно связанные с высотой портала. От этого зависит габариты обрабатываемого изделия, который не должны выходить за пределы рабочей поверхности станка. Кроме того, следует учитывать необходимость установки и фиксации обрабатываемой заготовки.

Точность обработки. Определяется таким показателем, как контрольный критерий точности. Большинство станков с ЧПУ имеют этот показатель в диапазоне 20-30 контрольный критериев. При этом наиболее важными является точность:

• Позиционирования по оси;
• Повторного позиционирования;
• Криволинейной формы детали обрабатываемой по двух осях и т.п.

Способ управления. Существует три основных типа управление станком ЧПУ:

1. Посредством подключения к персональному компьютеру через плату. На ПК устанавливается специализированное программное обеспечение. Куда входит, как управления сервоприводами станка, так и создание чертежа детали. Такой способ является оптимальным для индивидуальных и мелкосерийных производств;
2. DSP контроллер - микро-эвм, которое устанавливается непосредственно в оборудование. Его основная функция является контроль всех рабочих параметров и управления исполнительными устройствами. Получение команд на обработку осуществляется путём записи специального кода, сгенерированного программой по проектированию с диска, флешки или другого информационного носителя. Такой вариант управления станком с ЧПУ используется при серийном производстве, когда изменения управляющей программы осуществляются довольно редко.
3. Сетевое управление с обратной связью. На данное время является наиболее совершенным. Позволяет не только записывать информацию по процедурам обработки одновременно несколько установок, но и выполняет целый ряд других функций: контроль длины режущего инструмента, автоматическая смена инструмента, обратная связь с сервоприводами для особо точного позиционирования заготовки и т.п.

Среди других критериев, по которым стоит выбирать станок с ЧПУ для древесины, можно отметить:

• Уровень сложности обрабатываемые детали;
• Стоимость обслуживания оборудования;
• Сложность работы со станком - сколько потребуется ручника процессов для подготовки и запуска оборудования;
• Стоимость обработки одной детали и т.п.

Особенности функционирования и меры безопасности при работе

Инструкция по технике безопасности станков с ЧПУ мало отличается от стандартных правил эксплуатации любого производственного оборудования. Перед допуском оператора к работе он проходит обучение со сдачи соответствующих тестов на знание функциональности оборудования и техники безопасности. В соответствии с проверкой оператору может быть присвоен определённый ранг / класс / разряд. Из наиболее важных правил техники безопасности стоит отметить следующие:

• Эксплуатация устройства запрещается в помещениях с повышенной влажностью, недостаточной освещенностью, наличием огнеопасных жидкостей и горючих газов;
• Оборудование следует останавливать в следующих случаях: при замене режущего инструмента, установке / снятии детали, проведении контрольных замеров;
• Одежда оператора не должна иметь свободных или развивающихся элементов, браслетов, галстуков, которые могут быть затянуты в станок.

ВАЖНО! Следует понимать, что даже тотальная автоматизация средств производства не означает снижение квалификационных требований к рабочему персоналу. Действие оператора заключается не только в установке заготовки и извлечении готовые детали после обработки. Он должен систематически выполнять контрольные замеры, определять износ режущей кромки рабочего инструмента, выполнять диагностику оборудования и его первичное техническое обслуживание.