Блок-схема станка с ЧПУ: системы и компоненты (детали) токарного станка с ЧПУ

Когда мы говорим о технологической революции в современном производстве, мало что может сравниться с вкладом станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Они – настоящее чудо производства, открывающее безграничные возможности. Однако мало кто по-настоящему понимает внутренние механизмы и принципы работы станков с ЧПУ. В этом руководстве по структурным схемам станков с ЧПУ мы подробно рассмотрим компоненты, из которых состоят токарные станки с ЧПУ, и покажем, как их совместная работа обеспечивает точность, эффективность и удивительные производственные чудеса.

Что такое токарный станок с ЧПУ?

Токарный станок с ЧПУ (станок с числовым программным управлением) — это тип автоматизированного производственного оборудования, использующего компьютерное управление и точное программирование для выполнения широкого спектра операций обработки с высокой точностью и стабильностью. Эти станки широко используются в различных отраслях промышленности, включая обрабатывающую, аэрокосмическую, автомобильную и электронную, для изготовления деталей и компонентов сложной формы с жесткими допусками.

Принцип работы токарного станка с ЧПУ

Токарные станки с ЧПУ работают на основе программ обработки деталей, которые задаются пользователем. Эти программы содержат информацию о траекториях перемещения режущего инструмента и заготовки, а также о параметрах процесса, таких как подача и скорость шпинделя. Станок считывает эту информацию с различных источников, включая перфоленты, дискеты, ручной ввод данных или прямой ввод данных из памяти других компьютеров или сетей. После загрузки программы система ЧПУ автоматически выполняет обработку в соответствии с заданными инструкциями, обеспечивая точность и повторяемость.

Процесс начинается с надёжного зажима заготовки, как правило, между двумя центрами или в патроне. Шпиндель, приводимый в движение двигателем, вращает заготовку с контролируемой скоростью. Режущий инструмент, превосходящий по твёрдости обрабатываемый материал, вводится в заготовку по заданной траектории и на заданную глубину в соответствии с запрограммированными командами. Инструмент может перемещаться параллельно или перпендикулярно заготовке, что позволяет создавать цилиндрические, конические или другие сложные поверхности в зависимости от операции, выбранной в программе ЧПУ.

Основные компоненты (детали) станка с ЧПУ

Станок с ЧПУ (числовым программным управлением) — это сложное оборудование, используемое в процессах производства и обработки для автоматизации и управления движением инструментов и заготовок с высокой степенью точности.

Блок-схема станка с ЧПУ

Теперь давайте разберем основные компоненты токарного станка с ЧПУ:

Компоненты токарного станка с ЧПУ

1. Компьютерный блок управления (CCU)

Станки с ЧПУ работают на основе входных программ обработки деталей. Эти программы содержат информацию об относительных траекториях движения между режущим инструментом станка и заготовкой, параметрах процесса (таких как скорость подачи, скорость шпинделя и т. д.) и вспомогательных движениях. Эта информация хранится в определенном формате и коде на специальных носителях, известных как носители программ. Эти носители могут включать перфоленту, кассеты, дискеты и многое другое. С помощью устройства ввода станка с ЧПУ эта программная информация вводится в блок ЧПУ (числовое программное управление) для упрощения операций обработки. Это позволяет станкам с ЧПУ автоматически завершать обработку заготовок на основе предварительно написанных программ, обеспечивая точность и повторяемость.

2. Устройства ввода/вывода

Роль устройств ввода заключается в считывании информации о ЧПУ-обработке с носителей программ в память системы ЧПУ. В зависимости от типа носителя программ существуют три основных метода ввода:

   (1) Ввод данных с управляющего носителя: в основном существуют два метода ввода. Один из методов подразумевает ввод с бумажной ленты, где отверстия пробиваются в специальной бумажной ленте для создания различных кодов ЧПУ посредством комбинаций положений отверстий. Эти инструкции считываются с помощью считывателя ленты. Другой метод предназначен для станков с ЧПУ, оснащенных дисководами для компьютерных гибких дисков, которые могут вводить программы, хранящиеся на дисках, в систему.

   (2) Ручной ввод: операторы могут использовать экран дисплея станка и клавиатуру для ввода инструкций программы обработки. Существует три конкретных сценария:

•        – Ручной ввод данных (MDI): При этом методе инструкции программы ЧПУ вводятся в память по одной с помощью клавиш на панели станка. Этот метод подходит для коротких программ и может быть использован только один раз, так как программа исчезает после работы станка.
•        – В режиме редактирования программы (EDIT) блока управления можно вводить инструкции программы обработки с помощью клавиш и сохранять их в памяти блока управления. Это позволяет редактировать и повторно использовать программу.
•        – На устройствах с ЧПУ с возможностями диалогового программирования пользователи могут следовать подсказкам на экране для ввода соответствующих размеров и других данных, указанных в чертежах, автоматически создавая программы обработки и сохраняя их в памяти. Хотя этот метод подразумевает ручной ввод, он считается автоматическим программированием.

   (3) Прямой ввод в память: в этом методе система ЧПУ использует связь для обмена информацией, напрямую считывая программы обработки, которые были подготовлены на автоматических программирующих станках, других компьютерах или сетях, используя специальное программное обеспечение и настройки параметров. Обычные методы связи на станках с ЧПУ включают:

•        – Последовательный интерфейс.
•        – Специализированные интерфейсы автоматического управления.
•        – Сетевые технологии.

Роль выходных устройств заключается в предоставлении операторам важной информации, такой как программные коды, количество резки, положение инструмента, сообщения об ошибках и рабочие инструкции. Обычные выходные устройства включают дисплеи и принтеры, в то время как передовые системы ЧПУ также могут предоставлять выходную информацию в графическом формате.

3. Устройство числового программного управления

Числовой блок управления (ЧПУ) является важнейшим компонентом станка с ЧПУ, и функциональность станка с ЧПУ зависит от качества ЧПУ. Он в основном состоит из трех частей: ввода, обработки и вывода информации. Носитель программы передает информацию о механической обработке в блок ЧПУ через устройство ввода, компилируя ее в информацию, которую может распознать компьютер. Секция обработки информации, следуя спецификациям управляющей программы, постепенно сохраняет и обрабатывает эту информацию. Затем выходной блок отправляет команды положения и скорости в сервосистемы, которые управляют основным механизмом движения станка и механизмом передачи подачи.

Вспомогательные действия станков с ЧПУ, такие как выбор и замена инструмента, а также запуск/остановка подачи охлаждающей жидкости, могут контролироваться программируемым логическим контроллером (ПЛК). ПЛК используются для логических операций и управления последовательностью, связанной с вводом и выводом (I/O), и состоят из аппаратных и программных компонентов. ПЛК, применяемые к станкам с ЧПУ, делятся на две категории: одна — интегрированный тип, где производители ЧПУ интегрируют ЧПУ и ПЛК для последовательного управления, а другая — автономный тип, разработанный специализированными производителями, который не зависит от устройства ЧПУ.

4. Сервосистемы

Сервосистема состоит из сервоприводных цепей и сервоприводных двигателей, включая сервосистемы шпинделя и сервосистемы подачи. Основная функция сервосистемы шпинделя заключается в содействии движению резания во время обработки заготовки, причем скорость является контролируемым параметром. Сервосистема подачи, с другой стороны, содействует движению формовки во время обработки заготовки, контролируя как скорость, так и положение. Она характеризуется своей способностью точно и чувствительно выполнять команды положения и скорости от блока ЧПУ. Каждый компонент, отвечающий за движение подачи, оснащен собственным набором систем сервопривода. Производительность системы сервопривода напрямую влияет на скорость, положение, точность, шероховатость поверхности и другие аспекты обработки на станке с ЧПУ. Качество работы станка с ЧПУ зависит от эффективности системы сервопривода.

5. Системы обратной связи

Обратная связь по положению бывает двух видов: обратная связь по угловому смещению для серводвигателей и обратная связь по смещению для исполнительного механизма станка с ЧПУ (рабочего стола). Датчики преобразуют эти угловые или линейные смещения в электрические сигналы, которые затем передаются в блок ЧПУ. Блок ЧПУ сравнивает эти сигналы с заданными позициями, выдает команды для исправления ошибок и своевременно управляет движением станка.

6. Механические компоненты станка с ЧПУ

Помимо общих компонентов, таких как главный приводной механизм, компоненты движения подачи (например, рабочий стол и держатель инструмента), вспомогательные детали (например, гидравлические, пневматические, системы охлаждения и смазки) и вспомогательные компоненты (например, станина и колонна), станки с ЧПУ также оснащены специальными компонентами, такими как инструментальные магазины для хранения режущих инструментов, устройства автоматической смены инструмента (УСИ) и системы автоматической смены паллет.

В частности:

• – Приводные двигатели: Приводные двигатели отвечают за перемещение различных компонентов станка с ЧПУ. Они получают сигналы от CCU и преобразуют их в механическое движение. Распространенные типы приводных двигателей включают шаговые двигатели и серводвигатели.
• – Механизмы осей: станки с ЧПУ могут иметь несколько осей движения, обычно называемых осями X, Y и Z для трехмерной обработки. Каждая ось оснащена линейными направляющими, шариковыми винтами и другими механизмами для управления движением режущего инструмента или заготовки.
• – Инструментальный шпиндель: Инструментальный шпиндель удерживает и вращает режущий инструмент. Он отвечает за выполнение различных операций обработки, таких как сверление, фрезерование или точение. Некоторые станки с ЧПУ имеют несколько инструментальных шпинделей для многозадачности.
• – Устройство смены инструмента: в обрабатывающих центрах с ЧПУ для смены режущих инструментов без ручного вмешательства используется автоматическое устройство смены инструмента. Оно содержит набор инструментов и может менять их по мере необходимости в процессе обработки.
• – Рабочий стол или зажимное приспособление: Рабочий стол или зажимное приспособление удерживает заготовку на месте во время обработки. Он обеспечивает устойчивость и точность. В зависимости от формы и размера заготовки используются различные типы зажимных приспособлений и систем зажима.
• – Система охлаждения: Многие станки с ЧПУ оснащены системой охлаждения для рассеивания тепла, выделяемого во время обработки, и для смазки режущих инструментов. Это помогает продлить срок службы инструмента и поддерживать точность обработки.
• – Конвейер для стружки: В процессе обработки образуется стружка (металлическая стружка), которую необходимо удалять из рабочей зоны. Конвейер для стружки или система удаления стружки помогают поддерживать чистоту рабочей зоны.
• – Корпуса и функции безопасности: станки с ЧПУ часто ограждаются по соображениям безопасности. Эти корпуса могут иметь блокировки и функции безопасности для защиты операторов от движущихся частей и режущих инструментов.
• – Специальные компоненты: инструментальные магазины, АТС и системы автоматической смены поддонов.

Операции обработки на станках с ЧПУ (детали и схемы)

Токарные станки с ЧПУ способны выполнять широкий спектр операций, включая:

По сравнению с обычными станками, структуры станков с ЧПУ претерпели значительные изменения. Они обычно используют такие функции, как шариковые винты и направляющие качения, которые обеспечивают легкую, точную и эффективную передачу. Эти структуры устраняют люфт за счет использования направляющих качения или направляющих с пластиковым покрытием. Кроме того, были приняты механизмы переменной скорости с двигателями главного шпинделя и коробками передач для достижения бесступенчатого изменения скорости при сокращении количества ступеней передачи. Станки с ЧПУ также могут включать устройства обратной связи по положению на своих рабочих столах, минимизируя зазоры в трансмиссии. Из-за обычно более высоких рабочих и обрабатывающих скоростей станков с ЧПУ по сравнению с обычными, более высокие требования предъявляются к статической и динамической жесткости, частотам вибрации и другим аспектам для удовлетворения требований высокой точности позиционирования и производительности управления.