Рекомендации по выбору фрезерного станка с чпу. Станки, числовое программное управление (ЧПУ), Постпроцессоры Чпу высокой точности

Критерий жесткости в машинах наряду с критерием прочности является одним из важнейших. Его роль непрерывно растет, с одной стороны, в связи с повышением требований к точности, с другой стороны, в связи с отставанием роста модуля упругости материалов от роста их прочностных характеристик. В станкостроении критерий жесткости имеет особо большое значение, так как наряду с геометрической и кинематической точностью жесткость станков обуславливает точность обработанных деталей.

Под точностью обработки понимается степень соответствия формы и размеров детали формам и размерам, заданным чертежом. Полное их соответствие может быть у идеальной детали с абсолютно точными размерами и геометрически правильными поверхностями. Однако, реальные детали никогда в точности не соответствуют заданным, всегда есть отклонения. Поэтому принято точность характеризовать величиной погрешности, т. е. отклонением реальной детали от заданной. Соответственно различают погрешности формы деталей и размеров. Погрешность формы представляет ошибку взаимного расположения поверхности детали. Это может быть не прямоугольность, не плоскостность и не прямолинейность кромок, а также их не параллельность. Цилиндрические детали могут быть выполнены конусными, овальными, бочкообразными.

Учитывая, что значительная номенклатура деталей изготавливается из труднообрабатываемых материалов, в связи, с чем удельный вес погрешностей обработки, вызываемых недостаточной жесткостью в балансе точности станка возрастает.

Под жесткостью системы станка вдоль данной оси понимают отношение составляющей силы резания по этой оси к упругому перемещению в этом же направлении от равнодействующей силы резания. Упругие деформации приводят к неправильному контакту деталей и к резкому ухудшению их совместной работе. Важнейшим условием хорошей работы подшипников, зубчатых и червячных передач является малость концентрации нагрузки, определяемая упругими деформациями валов.

Определение показателя жесткости является также актуальной задачей при входном контроле вновь приобретаемого металлорежущего оборудования и для оценки качества станков после ремонта и модернизации.

Узлы работающего станка подвергаются воздействию сил резания, трения, инерции; сил, вызываемых весом обрабатываемых заготовок и технологической оснастки; сил, возникающих при закреплении заготовок. Под действием этих сил возникают упругие деформации деталей, входящих в узел, и деформации стыков. Соответственно различают собственную и контактную жесткость.

Узлы станка, несущие заготовку и инструмент, являются основными узлами, определяющими их взаимное расположение в процессе обработки под действием вышеуказанных сил, и определяют точность обработанных деталей. Поэтому жесткость основных узлов определяет жесткость станка в целом.

Для станков токарной группы с ЧПУ ГОСТ устанавливает в качестве показателя жесткости относительное перемещение под нагрузкой закрепленной на шпинделе оправки относительно револьверной головки.

При статическом методе испытания на жёсткость нагрузки, действующие на оправку в шпинделе и револьверную головку, имитируются приближенно, так как при этом не создаётся крутящий момент и осевая составляющая силы резания.

Нагружение системы силой Р производится в плоскости, перпендикулярной оси вращения шпинделя, под углом 60° к направлению поперечной подачи.

При испытаниях токарных станков на жесткость производят искусственное нагружение, имитирующее результирующую составляющих сил резания Pz , Py, Px. Статическое нагружение создают специальным устройством, конструкция и техническая характеристика которого должна соответствовать типу и размеру станка.

Относительные перемещения измеряют индикатором часового типа (МИГ) с ценой деления 1мкм и диапазоном измерения, превышающим в 1.5-2 раза предельно допустимое значение этих перемещений.

Список литературы

1. Испытания и исследования металлорежущих станков: методические указания к лабораторным работам / сост. Ю. В. Кирилин. - Ульяновск: УлГТУ, 2012. - 48 с.
2. Металлорежущие станки и автоматы. Учебник для ВУЗов. Под ред. А.С.Проникова - М.: Машиностроение. 1981г.
3. Ресурсы сети Internet.

Обработка металла с высокой (прецизионной) точностью требует особого подхода для изготовления станочного оборудования. Все прецизионные станки делятся на классы по степени предельной точности, с которой они способны обрабатывать детали:

• Станки класса А (особо высокая точность).
• Класс B (оборудование высокой точности).
• Класс C (станки особой точности).
• Станки класс П (повышенная точность обработки).

Прецизионное оборудование обеспечивает обработку деталей идеальной геометрической формы, особо точным пространственным расположением осей вращения. Станки позволяют получить шероховатость поверхности до одиннадцатого класса чистоты. Параметры изготовления, при определенных условиях, достигают значений характерных для первого класса чистоты.

Для достижения таких показателей необходимо применение станочных узлов и агрегатов, изготовленных по соответствующим стандартам, имеющих минимальные погрешности при их производстве . Особое значение придается используемым подшипникам. На прецизионных станках по металлу используются гидродинамические и аэростатические подшипники высокого класса изготовления.

При работе металлообрабатывающего оборудования происходит большое выделение тепла, воздействующее как на узлы станка, так и на заготовки. При этом и те, и другие испытывают механические деформации, приводящие к снижению точности изготовления. В высокоточных станках реализована функция активного отвода тепла, препятствующая геометрическим отклонениям элементов станка и деталей. Понижение уровня нежелательных вибраций также способствует точности изготовления.

Основы теории высокоточной обработки металла

Современный металлорежущий станок можно рассматривать как некую систему из трех составляющих: измерительной, вычислительной, исполнительной. Ни одна из них несовершенна, каждая вносит погрешности в точность изготовления.

Точность измерительной части зависит от показаний применяемых датчиков. Точность измерения повышается с применением более совершенных датчиков - измерительных устройств. Сегодня подобные устройства способны отслеживать размеры до нескольких нанометров.

Исполнительная точность непосредственно зависит от узлов и агрегатов станка. Чем выше будут параметры составляющих оборудования, тем меньшая сложится окончательная погрешность.

К погрешностям металлообрабатывающих станков относятся:

• Геометрические , зависящие от качества изготовления комплектующих станка и их сборки. От этого зависит точность расположения относительно друг друга рабочего инструмента и заготовки в процессе обработки.
• Кинематические погрешности зависят от соответствия передаточных чисел в механизмах станка. Кинематические цепи особое влияние оказывают на точность изготовления зубчатых элементов, резьбы.
• Упругие погрешности определяются деформациями станка. В процессе резания происходит отклонение, под действием возникающих сил, взаимного расположения инструмента и заготовки. В прецизионных станках, для борьбы с такими проявлениями, создают особо жесткие конструкции.
• Температурные . Неравномерный нагрев узлов станка приводит к потере начальной геометрической точности, снижая качество изготовления.
• Динамические погрешности объясняются относительными колебаниями рабочего инструмента и заготовки.
• Погрешности изготовления и установки режущего инструмента.

Двигатели, редукторы содержат подвижные части, имеющие люфты, поверхности скольжения со временем претерпевают износ - все это непосредственно влияет на качество обработки. Такое понятие,

как точность позиционирования системы «станок - деталь», напрямую зависит от исполнительной точности.

Некоторые способны обрабатывать детали с точностью до 0,0002 мм, при частоте вращения шпинделя 15000 об/мин. Такие показатели имеют и оборотную сторону. Стоимость оборудования значительно выше по сравнению с обычными станками. Это является следствием применения новейших наукоемких технологий при изготовлении станков. В качестве примера можно указать использование аэростатических направляющих, где суппорт с рабочим инструментом скользит на расстоянии в несколько микрон от поверхности. То есть фактически находится в «воздухе».

Современный прецизионный шлифовальный станок - это автоматизированный комплекс, позволяющий обрабатывать детали с точностью до 0,01 мм . Служит для заточки инструментов из алмазов, твердых сплавов, инструментальной стали. Ультрапрецизионные шлифовальные станки способны обрабатывать внутренние и внешние поверхности детали за одну установку. Прецизионный сверлильный станок обладает жесткой конструкцией, оборудован цифровой индикацией, отображающей параметры сверления.

Общим для всех типов прецизионных станков является использование в приводах фрикционных передач. При этом повышается качество изготовления, упрощаются кинематические цепи. Более высокий КПД снижает себестоимость работ.

Когда речь заходит о станках или иных системах с числовым управлением, не избежать упоминаний таких понятий, как точность позиционирования, разрешение позиционирования, повторяемость позиционирования и повторяемость деталей. Эти понятия очень тесно связаны, и у начинающих станкостроителей и операторов ЧПУ часто возникает путаница. Академические определения и способы расчета данных параметров указаны в соответствующем ГОСТ , а в данной статье будут объяснены их базовые отличия для неспециалистов. Начнем с наиболее простой характеристики.

Разрешение позиционирования

Разрешение позиционирования(дискретность) - величина, показывающая, насколько точно вы можете задать перемещение в вашей системе ЧПУ.

Рассмотрим на примере. Допустим, на оси Y станка под управлением Mach3 установлен шаговый двигатель с шагом 1.8 градуса(200 шагов/об) и драйвером с режимом деления шага 1/16, который соединен с винтом ШВП 1605 с шагом 5 мм на оборот. Mach3 работает в режиме STEP/DIR - посылает дискретные импульсы на контроллер, которые затем интерпретируются в шаги двигателя. Один импульс STEP вызовет перемещение вала двигателя, которое будет соответствовать перемещению идеальной оси, без люфтов и погрешностей, на 1/(200*16)*5 = 0.0015625 мм. Таково разрешение позиционирования оси Y - позиция по оси в управляющей программе будет всегда кратна этой величине, и вы не сможете задать перемещение в точку с координатой Y = 2.101 - программа управления "округлит" это значение в зависимости от настроек либо до 2.1, либо до 2.1015625.
Естественно, все это вовсе не означает, что, послав один импульс STEP, на самом деле получим перемещение в 0.0015625 мм, ведь существует множество факторов, вносящих погрешность - начиная от погрешности позиционирования вала двигателя до люфта в ходовой гайке. Здесь уместно перейти к следующей характеристике:

Повторяемость позиционирования оси с ЧПУ

Если мы будем отправлять ось в одну и ту же точку из разных положений, то каждый раз будем получать немного разный результат из-за механических погрешностей - ось будет останавливаться на каком-то расстоянии от требуемой точки. Повторяемость показывает, насколько велик разброс этого расстояния, а если точнее - повторяемость прямо пропорциональна среднеквадратичному отклонению ошибки позиционирования. Одним словом, повторяемость - характеризует величину "разброса" ошибки позиционирования относительно некоего среднего значения. Повторяемость зависит главным образом от люфтов передачи и возникающих упругих деформаций, и на самом деле достаточно малоинформативна, т.к. говорит лишь о том, стабильна ли ошибка позиционирования или нет, но ничего не сообщает о её величине. Можно построить совершенно неточный станок с прекрасной повторяемостью.

Точность позиционирования оси с ЧПУ

Точность позиционирования оси - обобщенная величина, показывающая, в каких пределах может находиться реальная координата оси после завершения позиционирования. Когда говорят "точность станка", подразумевают обычно именно точность позиционирования. Точность зависит от повторяемости, но включает в себя не только величину "разброса" ошибки позиционирования, но и её среднее значение, т.е. является более универсальной характеристикой. Точность показывает, как велика может быть ошибка позиционирования оси. Точность - основная характеристика станка. Зачастую производители станков среднего и хоббийного класса просто указывают некую "точность станка", не указывая "фактор охвата" - т.е. коэффициент пропорциональности, ведь точность, скажем, 0.05 мм, измеренная для 3σ и для 1σ - большая разница: в первом варианте позиционирование с погрешностью не более 0.05 мм произойдет в 97% случаев, а во втором всего лишь в 32%.(если Вам интересно, откуда взяты проценты, вам сюда).

Точность является основной характеристикой станка с т. зр. позиционирования рабочего инструмента, и зависит от большого количества факторов, в числе основных - люфты направляющих и передач, несоосность направляющих осей и их неперпендикулярность. Все, кто хоть раз пытался вырезать большой прямоугольник из фанеры или иного листового материала, знают, как ошибка в доли градуса при разметке прямых углов может привести к несовпадению длин сторон в несколько миллиметров, -а иногда и сантиметров, поэтому уделяется особое внимание при сборке станка с ЧПУ. Жесткость и качество исполнения станины и портала также оказывают непоредственное влияние на точность станка.

Повторяемость и точность изготавливаемых деталей

Самые важные параметры. Методы вычисления и суть их аналогична одноименным характеристикам позиционирования, однако измерению подвергается не позиция оси, а размеры готовых деталей. Именно эти параметры показывают, насколько станок пригоден для работы и какого качества детали на нем можно изготовить. Однако, зависят они от еще большего количества факторов - биение на конце фрезы шпинделя , перпендикулярность установки шпинделя, да и собственно обрабатываемых материалов и режимов резания. Поэтому обычно производителями зачастую указывается точность изготовления детали -чисто теоретическая, "расчетная", иногда - не имеющая с реалиями ничего общего. Для станков среднего класса точность изготовления в 0.2 мм для 3σ можно считать удовлетворительной, в 0.1 мм - хорошей, в 0.05 мм - отличной, менее 0.05 мм - превосходной, такую можно наблюдать лишь на считанных единицах станков эконом-класса.

(с) 2012 сайт
Копирование разрешено с указанием прямой ссылки на источник

Работая в автоматическом или полуавтоматическом режиме станок с ЧПУ прежде всего должен обеспечить точность изготовляемых деталей, которая зависит от суммарной погрешности. Суммарная погрешность в свою очередь складывается из ряда факторов:

Точность станка;

Точность системы управления;

Погрешности установки заготовки;

Погрешности наладки инструментов на размер;

Погрешности наладки станка на размер;

Погрешности изготовления инструмента;

Размерный износ режущего инструмента;

Жесткость системы СПИД.

Под точностью станка понимают, прежде всего, его геометрическую точность, т.е. точность в ненагруженном состоянии. Различают станки четырех классов точности: Н (нормальной), П (повышенной), В (высокой), А (особо высокой). При проверке станков на соответствие нормам точности выявляют точность геометрических форм и положения базовых поверхностей, точность движений по направляющим, точность расположения осей вращения, точность обработанных поверхностей, шероховатость обработанных поверхностей.

Точность станков с ЧПУ характеризуют дополнительно следующие специфические проявления: точность линейного позиционирования рабочих органов, величина зоны нечувствительности, т.е. отставание при смене направления движения, точность возврата, стабильность выхода в заданную точку, точность в режиме круговой интерполяции, стабильность положения инструмента после автоматической смены.

Следует отметить, что для станков с ЧПУ стабильность выхода рабочих органов в заданную точку часто важнее чем сама точность станка. Для сохранения точности станка в течении длительного времени эксплуатации нормы геометрической точности при изготовлении станка по сравнению с нормативными ужесточают на 40%, резервируя тем самым запас на изнашивание.

Точность системы управления. Точность системы управления, прежде всего, связывают с работой в режиме интерполяции – режим при котором система осуществляется управления одновременно несколькими осями. Отклонения, связанные с работой интерполятора не превышают цены дискреты. Для современных станков с ценой единичных импульсов 0,001-0,002 мм погрешность является незначительной, но проявляется в виде отклонений микрогеометрии, т.е. шероховатости.

Весьма существенными могут оказаться погрешности, не зависящие от работы интерполятора, но проявляющиеся в режиме интерполяции. Их причиной является систематическая ошибка в передаче движения приводами подач. Эти ошибки возникают в кинематической цепи двигатель привода подач – редуктор – ходовой винт – датчик. При движении по одной оси такие ошибки проявляются виде неравномерности движения рабочих органов и практически не влияют на результат обработки. Однако при движении по нескольким осям неравномерность движения даже по одной оси приводит к погрешности обработки виде волнистости обработанной поверхности.

Погрешности установки заготовок. Погрешность установки определяется суммой погрешностей базирования и закрепления. Погрешность базирования возникает вследствие несовмещения установочной базы с измерительной. На станках с ЧПУ имеется возможность достижения более высоких точностей, когда за один установ обрабатывают измерительные базы и все поверхности, размеры которых отсчитаны от этих баз.

При закреплении заготовок возможны ее смещения под действием зажимных сил. Смещение заготовки из положения определяемого установочными элементами приспособления, происходит вследствие деформаций отдельных звеньев цепи: заготовки, установочных элементов, корпуса приспособления. В связи с неоднородностью качества поверхностей и нестабильностью удельных нагрузок компенсировать возникающие деформации при помощи коррекции инструмента невозможно.

Погрешности наладки инструментов на размер. При наладке инструмента на размер вне станка независимо от точности используемого прибора возникают погрешности. Эти отклонения определяются погрешностью самого прибора и погрешностью закрепления налаженного на размер инструмента. Такую погрешность компенсируют после пробного прохода.

Погрешности наладки станка на размер. Наладка станка на размер заключается в согласованной установке налаженного на размер режущего инструмента, рабочих элементов станка и базирующих элементов приспособления в положение, которое с учетом явлений происходящих в процессе обработки, обеспечивает получение требуемого размера. Погрешность наладки станка возникает вследствие того, что невозможно расположить рабочие элементы станка и инструменты точно в расчетное положение. Для обеспечения требуемой точности изготовления наладчик использует пробные ходы. Под регулировкой установочного размера понимают восстановление установочного размера, изменившегося вследствие размерного изнашивания инструментов или температурной деформации системы. Для того чтобы сократить количество подналадок на протяжении обработки партии деталей необходимо правильно выбрать установочный размер. Рекомендуется установочный размер выбирать таким образом, чтобы он отстоял от нижней или верхней границы поля допуска на 1/5 поля. Ближе к нижней границе следует налаживать инструменты при обработке наружных поверхностей, а ближе к верхней при обработке внутренних поверхностей.

Погрешности изготовления инструмента. При фасонной токарной обработке поверхность формируется различными точками, лежащими на закругленной части резца. Современные УЧПУ позволяют программировать коррекцию на радиус инструмента. При отсутствии такой возможности необходимо радиус закругления при вершине резца учитывать при составлении программы обработки. Необходимо помнить о том, что для режущий инструмент изготавливают с некой допустимой погрешностью, которую также необходимо учитывать при программировании обработки.

Размерный износ режущего инструмента. В процессе обработки режущий инструмент подвержен изнашиванию, что в свою очередь влияет на погрешность обработки. Критерием износа является размер площадки износа по задней грани. Изнашивание инструмента вносит в первоначальную наладку систематическую погрешность т.е. действительный размер обработанной поверхности выходит за пределы поля допуска, через некоторый интервал времени, требуется подналадка. Период подналадки зависит от интенсивности изнашивания инструмента. Коррекция (подналадка) на износ инструмента может быть автоматической или ручной. При ручной коррекции оператор вносит изменения в наладку через определенный интервал времени, а при автоматической коррекцию размера осуществляет система ЧПУ по программе.

Жесткость системы СПИД. Упругие деформации. Как отмечалось ранее, система СПИД представляет собой упругую систему. Под жесткостью упругой системы понимают ее способность оказывать сопротивления деформирующему действию. При недостаточной жесткости под действием сил резания происходит деформация системы СПИД, что вызывает погрешности формы и размеров обработанной поверхности. Погрешности связанные с недостаточной жесткостью системы тем выше, чем выше нагрузки (т.е. чем больше силы резания). Для уменьшения указанных погрешностей необходимо уменьшить размер снимаемого за один проход слоя металла. Необходимо отметить, что станки с ЧПУ как правило имею жестокость на 40-50% выше чем универсальное оборудование, что позволяет вести обработку за меньшее количество проходов.

Тепловые деформации и деформации от внутренних напряжений заготовки. В процессе работы оборудования происходит нагрев всех элементов и узлов станка. Эти деформации весьма существенны, например нагрев стального стержня длиной 1м на 1º С приводит к удлинению его на 11 мкм.

Тепловые деформации протекают интенсивно в начальный период работы станка после чего величина деформации стабилизируется и не влияет на дальнейшую работу. Изменения протекающие в начальный период могут значительно повлиять на точность обработки, поэтому необходим прогрев станка до начала обработки деталей. Также следует избегать продолжительных остановок оборудования.

Тепло, выделяемое в зоне резания, способствует нагреву заготовки, особенно при многопроходной черновой обработке на высоких скоростях резания. При этом происходит ее деформация. Для того, чтобы получить высокую точность необходимо перед началом чистовой обработки обеспечить охлаждение заготовки. Для этих целей применяют обработку с использованием СОЖ, а при обработке нескольких заготовок (на многоцелевых) станках используют также рациональную схему обработки, при которой осуществляется выдержка времени на стабилизацию температуры. Кроме того, высокоточные станки устанавливают в термоконстантных помещениях.

Заготовкам присущи внутренние напряжения, образующиеся при неравномерном охлаждении отдельных частей заготовки при их изготовлении. С течением времени внутренние напряжения выравниваются, а заготовка деформируется. Особенно активно протекает процесс деформации после снятия поверхностных слоев, имеющих наибольшие напряжения. Для уменьшения воздействия таких деформаций следует разделять черновые и чистовые деформации, а для получения высокоточных деталей следует между черновой и чистовой операцией выполнять естественное или искусственное старение.

Общие сведения о станках с ЧПУ. Конструктивные особенности станков с ЧПУ Точность и качество обработки на станках с ЧПУ. Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений заданных УП а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

ИКП МТО

Кафедра ТМ

Индивидуальное задание

на тему «исследование точности станков с ЧПУ»

2015

Введение…………………………………………………………………………...3

1 Общие сведения о станках с ЧПУ.…………………………...........................4

2 Конструктивные особенности станков с ЧПУ ……………………………… 8

3 Точность и качество обработки на станках с ЧПУ…………………...……..13

Заключение……………………………………………………………………….17

Список использованных источников…………………………………………...18

Введение

Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений, заданных УП, а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки и выгрузки деталей, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента, возможность встройки в общую автоматическую систему управления. Высокая точность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка. В конструкциях станков с ЧПУ используют короткие кинематические цепи, что повышает статическую и динамическую жесткость станков. Для всех исполнительных органов применяют автономные приводы с минимально возможным числом механических передач. Эти приводы должны иметь высокое быстродействие.

Точность станков с ЧПУ повышается в результате устранения зазоров в передаточных механизмах приводов, уменьшения потерь на трение в направляющих и механизмах, повышения виброустойчивости, снижения тепловых деформаций.

1 Общие сведения о станках с ЧПУ.

Под управлением станком принято понимать совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления - устройство или совокупность, реализующих эти воздействия.

Числовое программное управление (ЧПУ) - это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми методами. Управление технологическими циклами практически повсеместно осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров, реализуемых на основе принципов цифровых электронных вычислительных устройств. Системы ЧПУ практически вытесняют другие типы систем управления.

По технологическому назначению и функциональным возможностям системы ЧПУ подразделяют на четыре группы:

Позиционные, в которых задают только координаты конечных точек положения исполнительных органов после выполнения ими определенных элементов рабочего цикла;

Контурные, или непрерывные, управляющие движением исполнительного органа по заданной криволинейной траектории;

Универсальные (комбинированные), в которых осуществляется программирование как перемещений при позиционировании, так и движения исполнительных органов по траектории, а также смены инструментов и загрузки-выгрузки заготовок;

Многоконтурные системы, обеспечивающие одновременное или последовательное управление функционированием ряда узлов и механизмов станка.

По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. Причем независимая подготовка управляющей программы может выполняться либо с помощью средств вычислительной техники, входящих в состав систем ЧПУ данного станка, либо вне ее (вручную или с помощью системы автоматизации программирования).

Системы числового программного управления (СЧПУ)-это совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления ЧПУ станками. Устройство ЧПУ (УЧПУ) станками - это часть СЧПУ, выполненная как единое целое с ней и осуществляющая выдачу управляющих воздействий по заданной программе.

В международной практике приняты следующие обозначения: NC-ЧПУ; HNC-разновидность ЧПУ с заданием программы оператором с пульта с помощью клавиш, переключателей и т.д.; SNS-устройство ЧПУ, имеющее память для хранения всей управляющей программы; CNC-управление автономным станком с ЧПУ, содержание мини-ЭВМ или процессор; DNS-управление группой станков от общей ЭВМ.

Для станков с ЧПУ стандартизованы направления перемещения и их символика. Стандартом ISO-R841 принято за положительное направление перемещения элемента станка считать то, при котором инструмент или заготовка отходят один от другого. Исходной осью (ось Z) является ось рабочего шпинделя. Если эта ось поворотная, то ее положение выбирают перпендикулярно плоскости крепления детали. Положительно направление оси Z-от устройства крепления детали к инструменту.

Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовления детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ - это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80...90% трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

Производительность станка повышается в 1,5...2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением;

Сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата;

Снижается потребность в квалифицированных рабочих станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;

Сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке;

Снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.производства, создание гибких автоматизированных производств, прежде всего, в машиностроении.

2 Конструктивные особенности станков с ЧПУ

Станки с ЧПУ имеют расширенные технологические возможности при сохранении высокой надежности работы. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки (точение-фрезерование, фрезерование-шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (что особенно важно при использовании промышленных роботов), автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента и т.д.

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жесткостью станка, превышающей жесткость обычного станка того же назначения, для чего производят сокращение длины его кинематических цепей: применяют автономные приводы, по возможности сокращают число механических передач. Приводы станков с ЧПУ должны также обеспечивать высокое быстродействие.

Повышению точности способствует и устранение зазоров в передаточных механизмах приводов подач, снижение потерь на трение в направляющих и других механизмах, повышение виброустойчивости, снижение тепловых деформаций, применение в станках датчиков обратной связи. Для уменьшения тепловых деформаций необходимо обеспечить равномерный температурный режим в механизмах станка, чему, например, способствует предварительный разогрев станка и его гидросистемы. Температурную погрешность станка можно также уменьшить, вводя коррекцию в привод подач от сигналов датчиков температур.

Базовые детали (станины, колонны, салазки). Столы, например, конструируют коробчатой формы с продольными и поперечными ребрами. Базовые детали изготавливают литыми или сварными. Наметилась тенденция выполнять такие детали из полимерного бетона или синтетического гранита, что в еще большей степени повышает жесткость и виброустойчивость станка.

Направляющие станков с ЧПУ имеют высокую износостойкость и малую силу трения, что позволяет снизить мощность следящего привода, увеличить точность перемещений, уменьшить рассогласование в следящей системе.

Направляющие скольжения станины и суппорта для уменьшения коэффициента трения создают в виде пары скольжения "сталь (или высококачественный чугун)-пластиковое покрытие (фторопласт и др.)"

Направляющие качения имеют высокую долговечность, характеризуются небольшим трением, причем коэффициент трения практически не зависит от скорости движения. В качестве тел качения используют ролики. Предварительный натяг повышает жесткость направляющих в 2...3 раза, для создания натяга используют регулирующие устройства.

Приводы и преобразователи для станков с ЧПУ. В связи с развитием микропроцессорной техники применяют преобразователи для приводов подачи и главного движения с полным микропроцессорным управлением - цифровые приводы представляют собой электродвигатели, работающие на постоянном или переменном токе. Конструктивно преобразователи частоты, сервоприводы и устройства главного пуска и реверса являются отдельными электронными блоками управления.

Привод подачи для станков с ЧПУ. В качестве привода используют двигатели, представляющие собой управляемые от цифровых преобразователей синхронные или асинхронные машины. Бесколлекторные синхронные (вентильные) двигатели для станков с ЧПУ изготавливают с постоянным магнитом на основе редкоземельных элементов и оснащают датчиками обратной связи и тормозами. Ассинхронные двигатели применяют реже, чем синхронные. Привод движения подач характеризуется минимально возможными зазорами, малым временем разгона и торможения, небольшими силами трения, уменьшенным нагревом элементов привода, большим диапазоном регулирования. Обеспечение этих характеристик возможно благодаря применению шариковых и гидростатических винтовых передач, направляющих качения и гидростатических направляющих, беззазорных редукторов с короткими кинематическими цепями и т.д.

Приводами главного движения для станков с ЧПУ обычно являются двигатели переменного тока - для больших мощностей и постоянного тока - для малых мощностей. В качестве приводов служат трехфазные четырехполосные асинхронные двигатели, воспринимающие большие перегрузки и работающие при наличии в воздухе металлической пыли, стружки, масла и т.д. Поэтому в их конструкции предусмотрен внешний вентилятор. В двигатель встраивают различные датчики, например датчик положения шпинделя, что необходимо для ориентации или обеспечения независимой координаты.

Преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями имеют диапазон регулирования до 250. Преобразователи представляют собой электронные устройства, построенные на базе микропроцессорной техники. Программирование и параметрирование их работы осуществляются от встроенных программаторов с цифровым или графическим дисплеем. Оптимизация управления достигается автоматически после введения параметров электродвигателя. В математическом обеспечении заложена возможность настройки привода и пуск его в эксплуатацию.

Шпиндели станков с ЧПУ выполняет точными, жесткими, с повышенной износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя значительно усложняется из-за встроенных в него устройств автоматического режима и зажима инструмента, датчиков при адаптивном управлении и автоматической диагностике.

Опоры шпинделя должны обеспечить точность шпинделя в течение длительного времени в переменных условиях работы, повышенную жесткость, небольшие температурные деформации. Точность вращения шпинделя обеспечивается прежде всего высокой точностью изготовления подшипников.

Наиболее часто в опорах шпинделей применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Подшипники скольжения в оправках шпинделей применяют реже и только при наличии устройств с периодическим (ручным) или автоматическим регулированием зазора в осевом или радиальном направлении. В прецизионных станках применяют аэростатические подшипники, в которых между шейкой вала и поверхностью подшипника находится сжатый воздух, благодаря этому снижается износ и нагрев подшипника, повышается точность вращения и т.п.

Привод позиционирования (т.е. перемещение рабочего органа станка в требуемую позицию согласно программе) должен иметь высокую жесткость и обеспечивать плавность перемещения при малых скоростях, большую скорость вспомогательных перемещений рабочих органов (до 10 м/мин и более).

Вспомогательные механизмы станков с ЧПУ включают в себя устройства смены инструмента, уборки стружки, систему смазывания, зажимные приспособления, загрузочные устройства и т.д. Эта группа механизмов в станках с ЧПУ значительно отличается от аналогических механизмов, используемых в обычных универсальных станках. Например, в результате повышения производительности станков с ЧПУ произошло резкое увеличение количества сходящей стружки в единицу времени, а отсюда возникла необходимость создания специальных устройств для отвода стружки. Для сокращения потерь времени при загрузке применяют приспособления, позволяющие одновременно устанавливать заготовку и снимать деталь вовремя обработки другой заготовки.

Устройства автоматической смены инструмента (магазины, автооператоры, револьверные головки) должны обеспечивать минимальные затраты времени на смену инструмента, высокую надежность в работе, стабильность положения инструмента, т.е. постоянство размера вылета и положения оси при повторных сменах инструмента, имеют необходимую вместимость магазина или револьверные головки.

Револьверная головка-это наиболее простое устройство смены инструмента: установку и зажим инструмента осуществляют вручную. В рабочей позиции один из шпинделей приводится во вращение от главного привода станка. Револьверные головки устанавливают на токарные, сверлильные, фрезерные, многоцелевые станки с ЧПУ; в головке закрепляют от 4 до 12 инструментов.

3 Точность и качество обработки на станках с ЧПУ.

Под качеством в широком смысле понимается совокупность значимых признаков, свойств, особенностей рассматриваемого предмета в целом, характеризующих его как таковой и отличающих от других предметов. В промышленном производстве качеством продукции (согласно наиболее поздним редакциям ГОСТов) называется степень соответствия её характеристик предъявляемым требованиям. Сообразно этому, вводится понятие точности изделия, как меры соответствия образцу (обычно заданному чертежом и техническими условиями производства). Точность размеров, форм и взаимного расположения элементов изделия и является основной характеристикой его качества.

На качество продукции влияет ряд факторов, которые принято разделять на внешние и внутренние. Внешними факторами является уровень спроса и требования потребителей, а также законодательные стандарты. Ко внутренним факторам относятся материальная база предприятия, квалификация персонала и характеристики оборудования, выпускающего продукцию. Таким образом, удовлетворение внешнего спроса и получение конкурентного преимущества на рынке невозможно без обеспечения и постоянной работы по повышению качества выпускаемых предприятием изделий.

Проблемы обеспечения качества обработки.

Фрезерование является одним из основных методов обработки заготовок резанием. Как и в прочих случаях, фрезерование на станочном оборудовании связано с неизбежным появлением неточностей при обработке. Среди причин возникновения погрешностей размеров и формы изделия можно выделить:

1. степень точности (совершенства) фрезерного станка;

2. погрешности базирования (установки, крепления) заготовки;

3. износ режущего инструмента (а также ошибки при его установке/закреплении);

4. упругие и тепловые деформации системы «станок-приспособление-заготовка» в процессе обработки;

5. остаточные внутренние напряжения в заготовке.

Кроме вышеперечисленного, можно выделить и «человеческий фактор», т.е. квалификацию персонала. Для станков с ручным управлением этот фактор оказывает решающее влияние на качество выпускаемой продукции. При фрезеровании на современных автоматизированных станках с ЧПУ данный фактор (вопреки распространённому заблуждению) играет ещё большую роль, только в несколько «смещённой» форме. Здесь основная работа наладчиков и операторов выполняется при подготовке станка к работе, его программировании, пробном «прогоне», а также последующем периодическом обслуживании. Непосредственно в процессе обработки влияние «человеческого фактора» на качество изделий при обработке на фрезерных станках с ЧПУ сводиться к минимуму, однако полностью всё же не исключается.

Качество обработки на современных станках с ЧПУ.

Большинство описанных выше причин возникновения погрешностей при обработке изделий, практически полностью устранены или сведены к минимуму при использовании современных фрезерных станков с ЧПУ:

1.Высокая степень точности – за счёт совершенства механической конструкции и широкого использования электронных компонентов – достигает величин порядка 0,05-0,01 мм и не уменьшается в процессе работы (отсутствует накопление т.н. «плавающих ошибок»).

2.Неточности базирования заготовки не оказывают решающего влияния, поскольку большинство станков имеют возможность коррекции «нулевой точки» (начального позиционирования режущего инструмента), а некоторые модели оборудованы специальными датчиками, определяющими габариты заготовки и автоматически корректирующие свой «инструментальный ноль». Вспомогательные системы крепления заготовки на рабочем столе (как стандартные струбцины, так и сложные типа «вакуумный стол») позволяют размещать и надёжно фиксировать заготовки практически любой геометрии. А управляющая программа станка допускает отсчёт координат заготовки с любой удобной точки (т.о. выбор основных конструкторских баз существенно упрощён).

3.Появление станков с ЧПУ, способных фрезеровать на высокой скорости, активизировало соответствующее развитие режущего инструмента. В настоящий момент всё большее распространение получают твёрдосплавные фрезы с алмазным напылением. Отличающиеся малыми погрешностями размеров и низкими вибрациями, современные фрезы успешно противостоят износу и обеспечивают высокое качество обработки поверхностей. Для крепления фрез в патроне станка используются простые по конструкции и надёжные в эксплуатации цанговые патроны. Таким образом, риск неправильной/ненадёжной установки и закрепления инструмента тоже сводиться к минимуму.

4.Современные станки с ЧПУ, как правило, отличатся повышенной жёсткостью конструкции, способной эффективно противостоять вибрациям (даже при обработке на высоких скоростях) и сводить к минимуму деформацию системы «станок – приспособление – заготовка». Это исключает увод инструмента при обработке и повышает качество фрезерования. Надёжные системы охлаждения (как шпинделя станка, так и непосредственно фрезы) помогают поддерживать неизменный тепловой режим и обеспечивать сохранение высоких показателей точности даже при длительной напряжённой обработке.

Ещё одним важным достоинством автоматического станка с ЧПУ является постоянство характеристик обработки, что означает отсутствие существенных различий точности отдельных деталей внутри обрабатываемой серии.

Заключение

Исходя из вышеописанного видно, что современное оборудование с ЧПУ позволяет достичь высокой точности.Однако резерв повышения качества далеко не исчерпан и в большей степени заключается в совершенстве управляющих программ. То есть снова зависит от «человеческого фактора» – мастерства и таланта исследователей, работающих над выявлением новых технологических возможностей.

Список использованных источников

1 Гжиров Р.И. Программирование обработки на станках с ЧПУ / Р.И. Гжиров .- : Машиностроение, 1990. – 592 с.

2 Шурков В.Н. Основы автоматизации производства / В.Н. Шурков , 1989 - 240 с.

3 Харченко А.О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем / А.О. Харченко.- : «Профессионал», 2004. – 304 с