Особенности технических решений оборудования с ЧПУ CNC и особенности обработки деталей на нем

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

Пермский национальный исследовательский

Политехнический университет

Аэрокосмический факультет

Кафедра «Технология, конструирование и автоматизация в специальном машиностроении»

Направление 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

 

 

 

РЕФЕРАТ

Особенности технических решений оборудования с ЧПУ CNC и особенности обработки деталей на нем.

по курсу «Технологические процессы в машиностроении»

 

 

Составил:

студент группы ТКАз-11 Демидова Ю. В. (_______)

Принял:

преподаватель Ярушин С.Г. (_______)

 

 

Пермь, 2012г.

Введение.

Числовое программное управление (ЧПУ) означает компьютеризованную систему управления, считывающую инструкции специализированного языка программирования (например, G-код) и управляющую приводами металло- дерево- и пластмассо - обрабатывающих станков и станочной оснасткой.

CNC (англ. Computer Numeric Control - компьютерное числовое управление) — система управления технологическим оборудованием, применяемая при автоматизации промышленного производства

 

Принцип действия станков с ЧПУ.

Станки с ЧПУ являются сложными технологическими комплексами, включающими непосредственно станок и устройство ЧПУ, построенное часто с применением мини-эвм, которая должно быть непосредственно связанно с учётом их особенностей и возможностей. Интерпретатор системы ЧПУ производит перевод программы из входного языка в команды управления главным приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка. Для определения необходимой траекторию движения рабочего органа в целом в соответствии с управляющей программой используется интерполятор, рассчитывающий положение промежуточных точек траектории по заданным в программе конечным.

Основной язык программирования ЧПУ описан документом ISO 6983 Международного комитета по стандартам. В отдельных случаях, например, системы управления гравировальными станками, язык управления принципиально отличается от стандарта. Для простых задач, например, раскрой плоских заготовок, система ЧПУ в качестве входной информации может использовать текстовый файл в формате обмена данными, например DXF или HP-GL.

Каждый станок с ЧПУ имеет начальную точку для каждой из возможных осей перемещения инструмента или стола. Эту точку называют по-разному: нулевая позиция, ноль системы координат, начальная позиция. Числовое программное управление требует перемещения в начальную точку по каждой из осей станка как часть процедуры наладки станка. Этим достигается синхронизация начального физического расположения инструмента и начальных нулевых значений сумматоров системы с ЧПУ.

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. Тогда оси X и Y расположены так, как это показано на рис.1.

 

 

Характеристика обработки на станках с ЧПУ

       Обработка на станках с ЧПУ характеризуется: ростом производительности труда благодаря сокращению основного и вспомогательного времени (переналадки); возможностью применения многостаночного обслуживания одним оператором; повышенной точностью и стабильностью качества; снижением затрат на специальные приспособления; сокращением или полной ликвидацией разметочных и слесарно-подгоночных работ. Опыт использования станков с ЧПУ показал, что эффективность их применения возрастает при повышении требуемой точности, усложнении условий обработки (взаимное перемещение заготовки и инструмента по пяти-шести координатам).

        Большое преимущество обработки на станках с ЧПУ заключается также в том, что исключается тяжелый ручной труд рабочих, сокращаются потребности в квалифицированных станочниках-универсалах, изменяется состав работников металлообрабатывающих цехов.

       В комплекс ЧПУ входят: управляющее устройство, которое преобразует по соответствующему закону числовую информацию, содержащуюся в программе, в управляющие сигналы, и исполнительные устройства станка (или какого-либо другого оборудования), служащие в первую очередь для обеспечения заданных движений подач. Кроме движений подач, на станках многих типов необходимо управлять и другими функциями, например, сменой инструментов, изменением частоты вращения шпинделя, зажимом столов и кареток, подачей охлаждающей жидкости и т.д.

 

Виды станков с ЧПУ.

 

токарный станок с ЧПУ E-turn G 205

 

 

 

 

Токарно-карусельный станок с ЧПУ V-turn HD 3000 C

 

 

 

 

 

токарный автомат продольного точения с ЧПУ S-turn 32 TMCY CNC (отвечающий высоким требованиям 5- осевой автомат)

 

 

 

 

 

 

Вертикально-фрезерный центр с ЧПУ VF-mill L 12.6

 

 

 

 

 

 

 

 

Особенности станков с ЧПУ.

 Преимущества станков с ЧПУ:

• Повышение производительности труда в 3-5 раз
• повышается точность обработки, сократить брак, объем пригоночных работ при сборке
• сокращается количество технологической оснастки
• сокращение числа контрольных операций, число контролёров и контрольных инструментов и приспособлений
• сокращается длительность производственного цикла обработки деталей и машин
• повышается гибкость и мобильность оборудования
• использование многостаночного обслуживания оборудования;
• увеличивается безопасность рабочих на производстве
• экономия на трудозатратах (сокращение количества рабочих) достигает 25 – 80%
• один станок с ЧПУ заменяет от 3-х до 8-ми обычных станков, чем обеспечивается сокращение оборудования, рабочей силы и производственных площадей
• использование любых новых конструкций обычного оборудования увеличивает производительность труда в среднем на 3 – 5% в год, использование станков с ЧПУ сразу увеличивает эту цифру до 50%.

Недостатки станков с ЧПУ:

• имеют более высокую стоимость;
• требуют дополнительных затрат на подготовку управляющих программ (УП);
• удорожается обслуживание и ремонт оборудования.

 

 

Принцип работы станков с ЧПУ

У любого станка с ЧПУ есть определённый набор функций, которые могут быть перепрограммированы.

Станок управляется системой команд, кодов, содержащих координаты позиционирования рабочего органа станка и команды включения дополнительных устройств (шпиндель станка, плазма, обдув и т.п.). При использовании многоосевых систем, со сменой инструмента специализированных станках количество команд увеличивается, добавляются макросы.

Управляющая программа (текстовая программа) это файл с возможными вариациями расширения tap, cnc, txt, nc, ncc, plt, out и т.п. Расширение зависит от стойки (модели системы управления) станка и её конструкции.

Основные команды станков с ЧПУ:

• G00 Холостые перемещения ,быстрое позиционирование.
• G01 Линейная интерполяция, линейные перемещения.
• G02 Круговая интерполяция по часовой стрелке.
• G03 Круговая интерполяция против часовой стрелки.
• G04 Пауза.
• G21 В качестве единиц - миллиметры.
• G41-G42 Коррекция диаметра инструмента.
• G40 Отмена коррекции диаметра инструмента.
• G43 + коррекция на длину инструмента.
• G49 Отмена коррекции на длину инструмента.
• G51 Коэффициент масштабирования по осям.
• G50 Коэффициент масштабирования 1.0
• G61 Режим точного останова.
• G64 Режим постоянной скорости, отменяет G 61.
• М0 Останов.
• М1 Останов с подтверждением.
• М2 Конец программы.
• М3 Вращение шпинделя по часовой стрелке.
• М4 Вращение шпинделя против часовой стрелки.
• М5 Останов шпинделя.
• М7-М8 Включение охлаждений.
• М9 Выключение охлаждений.
• М30 Остановка и возврат к началу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструктивные особенности станков с ЧПУ

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

Повышение точности обработки достигается высокой точностью изготовления и жёсткостью станка, превышающей жёсткость 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.

На станках с ЧПУ выполняют обработку двух видов: контурную и позиционную.

       Контурная обработка дает возможность получать поверхности переменного профиля, что характерно для фрезерных и токарных операций.

Для корпусной детали это обработка наружных и внутренних контуров, а также выборка колодцев.

       Позиционная предназначена для получения поверхностей с повторяющимися геометрическими параметрами (например, отверстий) в различных стабильных позициях заготовки. Это главным образом сверлильные, резьбонарезные и расточные операции, а также фрезерные, предназначенные для обработки плоскостей.

         Под программой управления станком понимается последовательность команд, обеспечивающих рабочими органами станка выполнение операции обработки заготовки детали. Программа управления станком содержит технологическую и геометрическую информацию.

       Технологическая информация - это данные о технологии обработки, содержащие сведения о смене заготовок и инструмента, последовательности ввода их в работу, выборе и изменении режимов обработки, включении в работу в определенной последовательности различных исполнительных органов станка, автоматическом измерении размеров обрабатываемой заготовки детали или инструмента и т.п.

         Геометрическая информация - это данные, содержащие сведения о размерах отдельных элементов детали и инструмента, их положении относительно выбранного начала координат.

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

Шпиндели станков с ЧПУ выполняет точными, жёсткими, 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. Их изготавливают из легированных сталей, проводят полный и сложный цикл термической обработки: нормализация, упрочнение, закалка, отпуск в землю, достигается твердость свыше 62 HRC. Имеют максимальную точность, износостойкость, отсутствие деформаций. Высокая износостойкость шпинделя позволяет увеличить срок эксплуатации.

Наиболее часто в опорах шпинделей применяют подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жёсткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают число тел качения. Подшипники скольжения в опорах 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.

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.