Верстати з ЧПУ історія, технологія, переваги

верстатів

Верстати з ЧПУ: досконалість, до якої швидко звикаєш

Поява у другій половині ХХ століття перших верстатів із числовим програмним забезпеченням (ЧПУ) ознаменувала початок технологічної революції у машинобудуванні. Значення цієї події для подальшого розвитку виробничих можливостей людства та вдосконалення навколишнього матеріального світу важко переоцінити. Верстати з ЧПУ можна поставити в один ряд з найбільшими досягненнями та відкриттями в історії людства – від появи перших кам'яних знарядь праці, винаходи колеса та відкриття електрики до створення міжпланетних космічних літальних апаратів.

Історія людства – це історія вдосконалення знарядь праці

Існує безліч теорій щодо походження земної цивілізації. Але більшість із них визнає, що еволюція людини як біологічного виду, розвиток її головного мозку, прямоходіння та рухливості верхніх кінцівок відбулося завдяки трудовій діяльності. У міру того, як прогресувало мислення та точність рухів людської кисті, удосконалювалися знаряддя праці. Після кам'яного рубила та найдавнішої необробленої сокири епохи пізнього палеоліту, в неоліті сокири стали вже шліфованим інструментом зі свердленим отвором для рукоятки.

А потім до рук людей потрапила самородна мідь, і людство освоїло холодне кування металу. У міру вдосконалення трудових навичок та інструментів, які використовувалися у роботі, люди навчилися виготовляти безліч корисних предметів. Однак згодом трудова діяльність людства підійшла до рубежу, коли були потрібні якісні зміни. Ручна праця більше не могла задовольнити потребу населення Землі у великомукількості однотипних предметів, що стали необхідними у повсякденному житті.

Продиктована часом необхідність стала спонукальним мотивом до появи різних механізмів, які підвищили продуктивність праці, і уможливили масове виробництво необхідних предметів. Гончарне коло здійснило революцію у виготовленні глиняного посуду. Згодом люди почали використовувати обертання мідної заготовки для того, щоб було зручніше шліфувати або обточувати її шматком кременю. До появи перших металообробних верстатів залишалося близько тисячі років.

Від первісних верстатів та машин до обробних центрів з ЧПУ

Історики стверджують, що прообраз токарного верстата існував ще 700-600 роках до нашої ери. Процес його вдосконалення був довгим, і лише в XIV-XV століттях люди придумали, як замість раба обертати деталь, що обробляється, за допомогою ножного приводу або водяного колеса. Надалі конструкція верстатів для обробки дерева та металів швидко прогресувала, і вже наприкінці XI X століття було створено перші універсальні верстати автомати. Які згодом на час стали основним засобом виготовлення великих партій однакових деталей.

І все-таки, враховуючи великі витрати на те, що ми зараз називаємо підготовкою виробництва, практичне застосування та подальший розвиток верстатів-автоматів відбувалося повільно. Були потрібні якісь інші рішення, але існуючий на той час рівень розвитку науки і техніки забезпечити їх не міг. З моменту появи перших механізованих верстатів до створення обробних центрів з числовим програмним забезпеченням, які тоді могли уявити лише люди з дуже розвиненою фантазією, залишалося трохи більше ста років.

Верстати з ЧПУ – новий етап у розвитку засобів виробництва

Необхідність створення більш досконалих, точних та продуктивних верстатів, здатних ефективно працювати за мінімальної участі людини, назріла давно. Але це завдання могло бути реалізовано лише з появою «розумних» обчислювальних систем. Які здатні працювати за заздалегідь складеною програмою самі, та передавати керуючі команди на виконавчі механізми підключеного до них верстата. Основними проблемами та завданнями, які мало вирішити нове обладнання, що використовує переваги електроніки та обчислювальної техніки, були:

● Збільшені вимоги щодо забезпечення точності виготовлення деталей.

● Недостатньо висока продуктивність праці фахівців – верстатників.

● Нестабільність розмірів деталей, виготовлених за участю людини.

● Невідворотність шлюбу внаслідок неминучих помилок людини та пов'язаних з цим додаткових витрат.

● Висока собівартість продукції, зумовлена ​​низькою продуктивністю праці та наявністю шлюбу.

● Необхідність придбання та утримання великого верстатного парку.

● Надмірні витрати на оплату праці великої кількості верстатників.

Як правило, якщо час ставить перед людством нові завдання, дуже швидко перебувають талановиті люди, які їх вирішують. Вже в перші повоєнні роки після закінчення другої світової молодому американцю Джону Персонсу вдалися досліди з управління фрезерним верстатом за допомогою системи, в якій потрібна послідовність операцій була записана на перфокарти. Його пристрій був недосконалим, але став відправною точкою для досліджень вчених та інженерів Массачусетського технологічного інституту. У 1952 році в інститутській лабораторії сервомеханіки було випробувано верстат, який керувавсяпрограмою, записаною на перфострічку. До технологічного рівня, достатнього для промислового застосування, система управління не дотягувала. Але, у свою чергу, стала подразником та джерелом ідей для початку пошуків фахівців профільних компаній. Які професійно займалися конструюванням вузлів металообробних верстатів, і були обізнані у цій галузі.

Роком, який вважатимуться початком епохи практичного використання верстатів з числовим програмним управлінням, є 1955 рік. Саме тоді американська компанія Bendi x Corporation почала серійно виробляти Numeric Control (NC) систему, що успішно керувала роботою фрезерного верстата. У практичному впровадженні новинки були зацікавлені ВПС США, оскільки верстати з NC-управлінням ідеально підходили для точної обробки складних поверхонь повітряних гвинтів гелікоптерів та літаків.

Станку з ЧПУ не потрібні «золоті руки», йому потрібен оператор

Якщо уважно поспостерігати за роботою сучасного верстата з числовим програмним управлінням та його оператора, мимоволі впадає в око, що людині в цьому процесі відведено роль спостерігача та обслуговуючого персоналу. Звичайно, якщо в пам'ять верстата вже введена програма виготовлення потрібної деталі. Інакше «розумний» верстат перетворюється на доглянутий і дуже по-технічно гарний виставковий експонат досягнень сучасного верстатобудування.

Працюючи на таких верстатах операторам сильно напружуватися не доводиться. Наприклад, як виглядає процес роботи на токарному верстаті з ЧПУ: натиснув одну педаль, кулачки розійшлися та завмерли в очікуванні заготівлі. Натиснув іншу – кулачки з'їхалися та надійно зафіксували майбутню деталь. Натиснув потрібну кнопку - задня бабця поїхала до супорт. Усім керує електроніка, агідравлічний привід відпрацьовує команди на переміщення подачі та інших рухомих верстатів.

Оператор потрібен для того, щоб налаштувати верстат перед початком роботи, ввести в пам'ять потрібну програму, можливо, поміняти деякі різці на інструментальному барабані або магазині. Приблизно так само виглядає робота оператора фрезерного верстата з ЧПУ, хоча там робочий процес вимагають більшої участі обслуговуючого спеціаліста. Але і тут потрібен не верстатник - «ювелір», а просто кваліфікований оператор, який вміє ладнати зі складним обладнанням.

Переваги «розумних» верстатів очевидні

Числове програмне управління (ЧПУ) змінило вигляд практично всього верстатного парку. Електроніка управляє роботою токарних і фрезерних, свердлильних та шліфувальних, електроерозійних та інших типів верстатів, що використовуються в металообробці. Вершиною сучасного верстатобудування є фрезерні обробні центри з ЧПУ. Ці верстати універсальні і здатні забезпечити весь процес виготовлення деталей від початку до кінця, з високою точністю і за мінімальний час. Фрезерні обробні центри з ЧПУ мають безліч переваг:

● універсальність та багатозадачність;

● високу швидкість різання;

● безліч ступенів свободи та одночасного переміщення деталі та інструменту;

● можливість обробки деталей у різних площинах;

● точність позиціонування інструменту;

● оптимальну, якщо врахувати можливості верстата, ціну;

● підвищення якості продукції;

● значне здешевлення виробів серійно;

● високу надійність та тривалий термін служби.

Використання багатоосьових фрезерних обробних центрів дозволяє проводити з високою точністюнайскладніші деталі. Але й інші верстати з ЧПУ не втратили своєї актуальності та використовуються для робіт, де не потрібні надможливості дорожчих обробних центрів. Принцип роботи та модульна архітектура всіх верстатів із ЧПУ практично однакові. До складу керуючої системи входять:

1.Пульт оператора, за допомогою якого можна підготувати верстат до роботи, ввести програму, у разі потреби змінити режим або екстрено вимкнути верстат у разі виникнення непередбаченої ситуації.

2.Інформаційний дисплей на якому відображається поточна інформація про роботу верстата, хід виконання програми, стан основних систем обладнання.

3. Керуючий контролер, який «керує» всіма процесами, забезпечує взаємодію з оператором і комп'ютерами зовнішньої локальної мережі.

4.Блок пам'яті, який входить до складу блоку управління і забезпечує керуючий контролер інформацією. Складається з постійної та оперативної пам'яті – ПЗУ та ОЗУ. У ПЗУ записані основні константи, конфігурація верстата та системні програми. У ОЗУ перед початком роботи записуються програми виготовлення конкретних деталей, і навіть деяка тимчасова службова інформація, що надходить з мікроконтролера.

Сер! Дайте програму!

Єдиним слабким місцем цих чудо-верстатів є залежність від програмного забезпечення. Причому займатися підготовкою та введенням програм безпосередньо з пульта оператора невигідно. Це процес довгий, і такий простий верстат недоцільний. Програми мають бути готові заздалегідь. У цій ситуації на допомогу виробничникам надійшло спеціалізоване програмне забезпечення систем автоматизації проектування (САПР), яке за кордоном позначається латинськими літерами CAD.

Розроблені на цій програмній базі спеціальні модулі автоматизованої підготовки програм (САМ – Computer Aided Manufacturing) для верстатів з ЧПК, раз і назавжди вирішили проблему простою дорогого обладнання. Крім того, програмний комплекс CAD/CAM дозволяє розраховувати та аналізувати 3D-моделі складних деталей, а також віртуально моделювати весь процес виготовлення деталі ще до включення верстата.

Ці нові можливості дозволяють вчасно виправити конструкторські помилки та програмні недоробки і майже до нуля знижують кількість бракованих деталей. Економія верстатного часу, електроенергії та металу – очевидна. Крім того, один оператор може справлятися із забезпеченням роботи кількох обробних центрів з ЧПУ. Усе це забезпечує додаткове зниження собівартості продукції.

Працювати точніше та швидше, спростити та здешевити виробництво найскладніших виробів, - сучасні верстати з ЧПУ можуть усі! І тепер важко навіть уявити, що раніше деталі виточувалися, свердлилися і фрезерувалися без цих комп'ютеризованих помічників. XXI століття, панове!