Что такое станки с ЧПУ?

История станков с ЧПУ
Джон Т. Парсонс (1913–2007) из корпорации Parsons в Траверс-Сити, штат Мичиган, считается пионером числового программного управления, предшественником современного станка с ЧПУ.За свою работу Джона Парсонса называют отцом 2-й промышленной революции.Ему нужно было производить сложные лопасти для вертолетов, и он быстро понял, что будущее производства — за подключением машин к компьютерам.Сегодня детали, изготовленные на станках с ЧПУ, можно найти практически во всех отраслях промышленности.Благодаря станкам с ЧПУ у нас есть менее дорогие товары, более сильная национальная оборона и более высокий уровень жизни, чем это возможно в неиндустриальном мире.В этой статье мы рассмотрим происхождение станков с ЧПУ, различные типы станков с ЧПУ, программы для станков с ЧПУ и распространенную практику в станках с ЧПУ.

Машины встречаются с компьютером
В 1946 году слово «компьютер» означало вычислительную машину с перфокартой.Несмотря на то, что корпорация Parsons раньше производила только один пропеллер, Джон Парсонс убедил Sikorsky Helicopter, что они могут производить чрезвычайно точные шаблоны для сборки и производства пропеллеров.В конце концов он изобрел компьютерный метод с перфокартами для расчета точек на лопастях несущего винта вертолета.Затем он попросил операторов повернуть колеса в этих точках на фрезерном станке в Цинциннати.Он провел конкурс на название этого нового процесса и дал 50 долларов тому, кто придумал «Численное управление» или ЧПУ.

В 1958 году он подал патент на соединение компьютера с машиной.Его заявка на патент поступила на три месяца раньше Массачусетского технологического института, который работал над концепцией, которую он начал.MIT использовал его концепции для производства оригинального оборудования, а лицензиат г-на Парсонса (Bendix) передал сублицензии IBM, Fujitusu и GE, среди других.Концепция NC медленно прижилась.По словам г-на Парсонса, эту идею продавали компьютерщики, а не производители.Однако к началу 1970-х годов армия США сама популяризировала использование компьютеров с ЧПУ, производя их и сдавая в аренду многочисленным производителям.Контроллер ЧПУ развивался параллельно с компьютером, повышая производительность и автоматизируя производственные процессы, особенно механическую обработку.

Что такое обработка с ЧПУ?
Станки с ЧПУ производят детали практически для всех отраслей промышленности по всему миру.Они создают вещи из пластика, металлов, алюминия, дерева и многих других твердых материалов.Слово «ЧПУ» расшифровывается как «ЧПУ», но сегодня все называют его «ЧПУ».Итак, как вы определяете станок с ЧПУ?Все автоматизированные машины управления движением имеют три основных компонента — командную функцию, систему привода/движения и систему обратной связи.Обработка на станке с ЧПУ — это процесс использования станка с компьютерным управлением для изготовления детали из твердого материала различной формы.

ЧПУ зависит от цифровых инструкций, обычно выполняемых с помощью программного обеспечения для автоматизированного производства (CAM) или компьютерного проектирования (CAD), такого как SolidWorks или MasterCAM.Программное обеспечение записывает G-код, который может прочитать контроллер станка с ЧПУ.Компьютерная программа на контроллере интерпретирует проект и перемещает режущие инструменты и/или заготовку по нескольким осям, чтобы вырезать из заготовки желаемую форму.Автоматизированный процесс резки намного быстрее и точнее, чем ручное перемещение инструментов и заготовок, которое осуществляется с помощью рычагов и шестерен на старом оборудовании.Современные станки с ЧПУ содержат несколько инструментов и выполняют множество типов резов.Количество плоскостей движения (осей), а также количество и типы инструментов, к которым станок может автоматически получить доступ в процессе обработки, определяют, насколько сложную заготовку может изготовить ЧПУ.

Как использовать станок с ЧПУ?
Станочники с ЧПУ должны получить навыки как в программировании, так и в металлообработке, чтобы в полной мере использовать возможности станка с ЧПУ.В профессионально-технических училищах и программах ученичества студентов часто начинают работать на ручных токарных станках, чтобы они почувствовали, как резать металл.Машинист должен уметь представить все три измерения.Сегодня программное обеспечение позволяет проще, чем когда-либо, создавать сложные детали, поскольку форму детали можно нарисовать виртуально, а затем программное обеспечение может предложить траектории движения инструмента для изготовления этих деталей.

Тип программного обеспечения, обычно используемого в процессе обработки с ЧПУ
Компьютерное рисование (САПР)
Программное обеспечение CAD является отправной точкой для большинства проектов с ЧПУ.Существует множество различных пакетов программного обеспечения САПР, но все они используются для создания проектов.Популярные программы САПР включают AutoCAD, SolidWorks и Rhino3D.Существуют также облачные CAD-решения, и некоторые из них предлагают возможности CAM или интегрируются с программным обеспечением CAM лучше, чем другие.

Компьютеризированное производство (CAM)
Станки с ЧПУ часто используют программы, созданные с помощью программного обеспечения CAM.CAM позволяет пользователям создавать «дерево задач» для организации рабочего процесса, задания траекторий движения инструмента и запуска моделирования резки до того, как станок приступит к реальной резке.Часто программы CAM работают как надстройки к программному обеспечению CAD и генерируют g-код, который сообщает инструментам ЧПУ и движущимся частям заготовки, куда идти.Мастера в программном обеспечении CAM упрощают программирование станка с ЧПУ.Популярное программное обеспечение CAM включает Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks и Solidcam.Согласно отчету за 2015 год, на Mastercam и Edgecam приходится почти 50% доли рынка высококачественных CAM-систем.

Что такое распределенное числовое управление?
Прямое числовое управление, которое стало распределенным числовым управлением (DNC).
Прямое числовое управление использовалось для управления программами ЧПУ и параметрами станка.Это позволило программам перемещаться по сети с центрального компьютера на бортовые компьютеры, известные как блоки управления машинами (MCU).Первоначально называвшийся «Прямое числовое управление», он обошёл необходимость в бумажной ленте, но когда компьютер вышел из строя, все его машины вышли из строя.

Распределенное числовое управление использует сеть компьютеров для координации работы нескольких станков путем подачи программы в ЧПУ.В памяти ЧПУ хранится программа, и оператор может собирать, редактировать и возвращать программу.

Современные программы DNC могут делать следующее:
● Редактирование – можно запускать одну программу ЧПУ, пока другие редактируются.
● Сравнить – сравнивайте исходные и отредактированные программы ЧПУ и просматривайте изменения.
● Перезапуск. Если инструмент сломался, программу можно остановить и перезапустить с того места, где она была остановлена.
● Отслеживание заданий. Операторы могут отслеживать задания и, например, отслеживать настройку и время выполнения.
● Отображение чертежей – показ фотографий, чертежей САПР инструментов, приспособлений и деталей отделки.
● Расширенные экранные интерфейсы – обработка одним касанием.
● Расширенное управление базой данных. Организует и хранит данные там, где их можно легко получить.

Сбор производственных данных (MDC)
Программное обеспечение MDC может включать в себя все функции программного обеспечения DNC, а также собирать дополнительные данные и анализировать их на предмет общей эффективности оборудования (OEE).Общая эффективность оборудования зависит от следующего: Качество – количество продуктов, соответствующих стандартам качества, из всей произведенной продукции. Доступность – процент запланированного времени, в течение которого указанное оборудование работает или производит детали. Производительность – фактическая скорость работы по сравнению с запланированной или идеальной работой. стоимость оборудования.

OEE = Качество x Доступность x Производительность
OEE является ключевым показателем производительности (KPI) для многих механических цехов.

Решения для мониторинга машин
Программное обеспечение для мониторинга машины может быть встроено в программное обеспечение DNC или MDC или приобретено отдельно.С помощью решений для мониторинга машин автоматически собираются данные о машинах, такие как настройка, время работы и время простоя, и объединяются с человеческими данными, такими как коды причин, для обеспечения как исторического, так и реального времени понимания того, как выполняются задания.Современные станки с ЧПУ собирают до 200 типов данных, а программное обеспечение для мониторинга станков может сделать эти данные полезными для всех, от цеха до верхнего этажа.Такие компании, как Memex, предлагают программное обеспечение (Tempus), которое принимает данные с любого типа станка с ЧПУ и помещает их в стандартный формат базы данных, который можно отображать в виде содержательных диаграмм и графиков.Стандарт данных, используемый большинством решений для мониторинга машин, получивший распространение в США, называется MTConnect.Сегодня многие новые станки с ЧПУ оснащены возможностью предоставления данных в этом формате.Старые машины по-прежнему могут предоставлять ценную информацию с помощью адаптеров.Мониторинг станков с ЧПУ стал массовым явлением только за последние несколько лет, и новые программные решения постоянно находятся в разработке.

Каковы различные типы станков с ЧПУ?
Сегодня существует бесчисленное множество различных типов станков с ЧПУ.Станки с ЧПУ — это станки, которые разрезают или перемещают материал в соответствии с запрограммированными на контроллере, как описано выше.Тип резки может варьироваться от плазменной резки до лазерной резки, фрезерования, фрезерования и токарных станков.Станки с ЧПУ могут даже поднимать и перемещать детали на сборочной линии.

Ниже приведены основные типы станков с ЧПУ:
токарные станки:Этот тип ЧПУ поворачивает заготовку и перемещает режущий инструмент к заготовке.Базовый токарный станок является двухосным, но можно добавить гораздо больше осей, чтобы увеличить сложность резки.Материал вращается на шпинделе и прижимается к шлифовальному или резьбовому инструменту, придающему желаемую форму.Токарные станки используются для изготовления симметричных объектов, таких как сферы, конусы или цилиндры.Многие станки с ЧПУ многофункциональны и сочетают в себе все виды резки.

Маршрутизаторы:Фрезерные станки с ЧПУ обычно используются для резки больших размеров из дерева, металла, листов и пластика.Стандартные фрезерные станки работают по 3-осевой координате, поэтому они могут резать в трех измерениях.Однако вы также можете купить 4,5 и 6-осные станки для прототипов моделей и сложных форм.

Фрезерование:Ручные фрезерные станки используют маховики и ходовые винты для крепления режущего инструмента к заготовке.Вместо этого на фрезерном станке с ЧПУ ЧПУ перемещает шариковые винты с высокой точностью в точные запрограммированные координаты.Фрезерные станки с ЧПУ бывают самых разных размеров и типов и могут работать на нескольких осях.

Плазменные резаки:Плазменный резак с ЧПУ использует для резки мощный лазер.Большинство плазменных резаков вырезают из листа или пластины запрограммированные формы.

3д принтер:3D-принтер использует программу, чтобы указать, куда положить небольшие кусочки материала, чтобы создать желаемую форму.3D-детали создаются слой за слоем с помощью лазера для затвердевания жидкости или питания по мере роста слоев.

Машина для выбора и размещения:Станок с ЧПУ «подбор и размещение» работает аналогично фрезерному станку с ЧПУ, но вместо резки материала станок имеет множество небольших насадок, которые подбирают компоненты с помощью вакуума, перемещают их в нужное место и укладывают.Они используются для изготовления столов, компьютерных материнских плат и других электрических узлов (среди прочего).

Станки с ЧПУ могут многое.Сегодня компьютерные технологии можно внедрить практически в машины, которые только можно себе представить.ЧПУ заменяет человеческий интерфейс, необходимый для перемещения деталей машины для получения желаемого результата.Современные станки с ЧПУ способны начинать с исходного материала, например стального куска, и изготавливать очень сложные детали с точными допусками и потрясающей повторяемостью.

Собираем все вместе: как станки с ЧПУ изготавливают детали
Для работы с ЧПУ требуется как компьютер (контроллер), так и физическая установка.Типичный процесс механического цеха выглядит следующим образом:

Инженер-конструктор создает проект в программе CAD и отправляет его программисту ЧПУ.Программист открывает файл в программе CAM, чтобы выбрать необходимые инструменты и создать программу ЧПУ для ЧПУ.Он или она отправляет программу ЧПУ на станок с ЧПУ и предоставляет оператору список правильной настройки инструмента.Оператор наладчика загружает инструменты в соответствии с указаниями и загружает сырье (или заготовку).Затем он или она запускает образцы и измеряет их с помощью инструментов обеспечения качества, чтобы убедиться, что станок с ЧПУ производит детали в соответствии со спецификацией.Обычно оператор установки передает первую деталь в отдел качества, который проверяет все размеры и подписывает установку.Станок с ЧПУ или связанные с ним станки загружаются достаточным количеством сырья для изготовления желаемого количества деталей, а оператор станка следит за тем, чтобы станок продолжал работать, изготавливая детали по спецификациям.и имеет сырье.В зависимости от задания часто можно запускать станки с ЧПУ в выключенном состоянии без присутствия оператора.Готовые детали автоматически перемещаются в назначенное место.

Сегодняшние производители могут автоматизировать практически любой процесс, если им достаточно времени, ресурсов и воображения.Сырье может быть отправлено в машину, а готовые детали могут выйти упакованными и готовыми к использованию.Производители полагаются на широкий спектр станков с ЧПУ, позволяющих производить изделия быстро, точно и экономично.