Принцип работы программного обеспечения чпу

Обновлено: 10.05.2024

Различные виды станков с числовым программным управлением или, сокращенно, ЧПУ давно перестали быть чем-то из ряда вон выходящим и широко применяются на самых разных промышленных предприятиях. Особенность станков с программным управлением — выполнение операций по обработке материалов по заданной программе практически без участия и контроля со стороны человека.

Сегодня станки с ЧПУ – это ключевой фактор автоматизации производственных процессов, позволяющей добиться одновременного решения нескольких принципиально важных задач.

В их числе: повышение качества выпускаемых деталей, сокращение трудозатрат при увеличении показателей рентабельности промышленного производства.

Купить станки с ЧПУ вы можете в Компании LASERCUT – Лидера в поставках ЧПУ оборудования в страны России и СНГ. Опытные менеджеры, прошедшие аттестацию в сервисной компании настолько компетентны в выборе станков, что могут сами запустить любой станок в эксплуатацию и выполнить ремонт основных узлов агрегата.

Главным условием для получения перечисленных преимуществ становится грамотный выбор подходящей модели приобретение качественного станка с ЧПУ от серьезного производителя. В качестве примера последнего можно привести компанию Wattsan, которая входит в число бесспорных лидеров мирового рынка профессионального лазерного и фрезерного оборудования.

Принцип работы

Современный станок с ЧПУ представляет собой сложное с конструктивной и инженерной точки зрения оборудование.

Это аппаратно-программная система, которая предназначена для обработки исходного материала/заготовки в сложную по конфигурации деталь. Последняя используется для дальнейшей сборки более крупной машины или механизма.

Говоря простым языком, под числовым программным управлением понимается контроль производственного процесса компьютером. Он управляется как перемещением и режимом работы обрабатывающего инструмента станка в виде шпинделя, суппорта и поворотного стола, так и расположением заготовки.

Программное обеспечение оборудования делятся на две части.

Первая – CAD – отвечает за автоматизированное проектирование,
а вторая – CAM – за автоматизированное производство.

Посредством CAD-программирования формируется 3D-модель конечного продукта, который требуется получить на выходе. CAM-программа представляет собой описание последовательного превращения исходной заготовки в готовую деталь.

Главными достоинствами качественного станка с ЧПУ выступают: точность воспроизведения запроектированной модели и высокая скорость обработки.

Благодаря этому достигается как резкое увеличение производительности оборудования, так и повышение качества выпускаемой продукции.

В качестве бонуса внедрение станков с числовым программным управлением позволяет свести к минимуму или полностью ликвидировать влияние на производство человеческого фактора, что достигается полной автоматизацией технологического процесса.

Сфера применения

Благодаря настолько серьезному разнообразию, станки с ЧПУ широко применяются практически во всех отраслях промышленности. Но наибольшее распространение они получили в следующих областях хозяйственной деятельности:

металлообработка и все виды машиностроения. В сегодняшних условиях значительная часть деталей, особенно со сложной конфигурацией, выпускается на станках с ЧПУ;
производство электроники. Рассматриваемое оборудование применяется для изготовления печатных плат, выступающих основной для большей части бытовой и промышленной техники, а также для производства лицевых панелей и корпусов различных технических устройств;
изготовление мебели и дверей. С помощью станков с ЧПУ выпускаются мебельные фасады (простые и сложные), выполняется раскрой различных материалов (ДСП, МДФ, ДВП и т.д.), производится обработка древесины и металла в ходе изготовления дверных полотен и коробок;
выпуск рекламных конструкций и изделий. В данном случае речь идет не только о раскрое и изготовлении вывесок и табличек из акрила, ПВХ, металла и других материалов, но и гравировке на оргстекле и обычном стекле, производстве ценников, подставок, пластиковых лотков и аналогичных POS-изделий.

Приведенный перечень не является исчерпывающим. Он постоянно пополняется за счет новых отраслей и видов деятельности, что выступает следствием внушительного списка достоинств практического применения станков с ЧПУ.

Преимущества использования оборудования с ЧПУ

Все более частое применение станков с числовым программным управлением объясняется предельно просто. При грамотном использовании этого вида обрабатывающего оборудования удается добиться большого количества очевидных достоинств.

Главными из них выступают такие:

Высокая степень автоматизации. Сводит к минимуму влияние человеческого фактора и сокращает количество обслуживающего персонала.
Точность изготовления детали и возможность многократного повторения конечного результата технологического процесса. Особенно важным это преимущество оказывается для массовых производств.
Оперативность перепрофилирования оборудования для выпуска другой детали. Для этого достаточно поменять программное обеспечение, загруженное в станок. Количество возможных вариантов ограничивается только наличием тех или иных программ.
Возможность изготовления сложных по конфигурации или крупных по размерам деталей. Некоторые из них попросту не могут быть выпущены на оборудовании с ручным управлением в принципе.
Предсказуемость итогового результата технологического процесса. Это в равной степени касается как готовой детали, так и сроков ее получения, что крайне важно для оптимальной организации всего производства.

Настолько впечатляющий перечень достоинств наглядно объясняется причины популярности станков с ЧПУ. Несмотря на достаточно высокую стоимость приобретения подобного оборудования, а также серьезные расходы на его наладку и обслуживание, вложенные затраты быстро окупаются.

Это тем более справедливо, если речь идет о крупном производстве, где использование станков с числовым программным обеспечением становится особенно выгодным.

Виды станков с ЧПУ

Для классификации станков с числовым программным управлением используется несколько признаков.

К ним относятся:

тип движения обрабатывающего инструмента (точечный и контурный);
система управления (разомкнутая и замкнутая);
количество осей (две, три, четыре или пять);
тип привода (гидравлический, электрический, пневматический).

Но наиболее часто для деления на виды станков с ЧПУ используется такой простой и очевидный признак, как способ обработки.

В соответствии с этим параметром различают фрезерное, токарное, лазерное и плазменное оборудование. В отдельную категорию выделены станки для домашнего использования.

Каждая из перечисленных категорий заслуживает отдельного рассмотрения.

Фрезерные станки с ЧПУ

Название наглядно демонстрирует назначение оборудования, которое используется для фрезерования деталей, имеющих как простую плоскую форму, так и сложную пространственную конфигурацию. В качестве дополнительных опций выполняется раскрой листовых материалов, обработка исходной заготовки под разными углами, выбирание пазов.

Нередко фрезерный станок с ЧПУ комплектуется устройством АСИ, под которыми понимается инструментальный магазин или револьверная шпиндельная головка, существенно расширяющие возможности оборудования.

Wattsan A1 1313

По конструктивным особенностям различают два типа рассматриваемых станков – вертикально-фрезерный и горизонтально-фрезерный.

В первом случае обрабатывающий инструмент (шпиндель) располагается перпендикулярно столу, что позволяет производить обработку одной стороны заготовки.

Во втором шпиндель монтируется параллельно рабочей поверхности стола, что дает возможность многосторонней обработки заготовки без необходимости ее повторного закрепления.

Отличительными особенностями современных фрезерных станков с ЧПУ выступают:

мощный и массивный корпус, который дополнительно укрепляется ребрами жесткости;
высокие требования к прочности и надежности крепления шпинделя;
возможность качественной обработки поверхности, независимо от направления фрезерования – встречного или попутного;
удобные и прочные рельсовые направляющие, которые предназначены для перемещения обрабатывающего инструмента по горизонтали.

Примером качественного фрезерного станка с ЧПУ можно назвать две модели подобного оборудования от Wattsan: M4S 1325 и M9 1325. Они сочетают разумный уровень стоимости с отменными технико-эксплуатационными характеристиками.

Не стоит забывать о таком важном преимуществе продукции этого производителя, как длительный срок службы.

Токарные

Токарный станок с ЧПУ предназначен для обработки заготовки специальным резцом, который закрепляется в держателе. Современное оборудование комплектуется кассетным резцедержателем, вместимость которого позволяет использовать до 12 различных рабочих инструментов.

Для закрепления заготовки используется токарный патрон, который фиксируется на вращающемся шпинделе. Для приведения рабочих органов станка в движения используется система приводных механизмов.

Ее отличительной особенностью выступает превышение скорости вспомогательного хода над аналогичным показателем рабочего.

По виду производимых работ различают несколько разновидностей токарных станков с числовым программным управлением, включая:

Центровые. Обрабатываются детали конической и цилиндрической формы. Технология обработки – точение.
Патронные. Применяются для нарезания резьбы, сверления, обтачивания под фланцы, втулки, диски и шестерни, а также зенкеровки. Одинаково эффективны для обработки деталей как изнутри, так и снаружи.
Комбинированные (патронно-центровые). Универсальное оборудование, конструкция которого позволяет совместить функции обоих перечисленных выше разновидностей станков.
Карусельные. Предназначены для обработки заготовок неправильной формы или большого размера. Делятся на два вида: одностоечные (для обработки деталей диаметром до 2 метров) и двухстоечные (для работы с более крупными заготовками).

В числе характерных особенностей токарных станков с ЧПУ необходимо выделить следующие:

стандартная вертикальная компоновка оборудования (альтернативный вариант – круто наклоненная). Упрощает и облегчает удаление стружки из рабочей зоны;
выполнение несущих конструкций станка из толстого металла с обязательным дополнением в виде ребер жесткости. Объясняется повышенными требованиями к прочности и надежности изделия;
оснащение оборудования автоматическими револьверными головками или сменными магазинами, что расширяет сферу практического применения станков.

Многоцелевые обрабатывающие центры

Многоцелевые станки с ЧПУ представляют собой комплексную систему, позволяющую совмещать функции токарного и фрезерного оборудования. Использование комбинированного программного обеспечения в сочетании с универсальным сверлильно-расточным рабочим инструментом позволяет производить обширный перечень операций без перебазировки заготовки.

фрезерование;
зенкеровка;
нарезка резьбы и фасок;
раскрой и т.д.

Среди конструктивных и функциональных особенностей многоцелевых обрабатывающих центров особое значение имеют такие:

комплектование сменными инструментальными магазинами;
оборудование специальными поворотными рабочими столами, позволяющими перемещать заготовку в нескольких плоскостях;
использование малоинерционных высокомоментных двигателей, которые отличаются высоким уровнем быстродействия и серьезными показателями крутящего момента даже на малых оборотах.

Различают два типа многоцелевых обрабатывающих центров – горизонтальный и вертикальный. Первый предназначен для обработки крупногабаритных деталей с одной из сторон. Второй предоставляет возможность одновременно обрабатывать деталь с двух-пяти сторон.

Лазерные станки с ЧПУ

Лазерные станки с ЧПУ бывают в основном двух видов: с CO2 излучателем и с оптоволоконным твердотельным иттербиевым излучателем. СО2 станки применяются для резки и гравировки НЕ металлов, в основном это фанера.

Отличительной особенностью CO2 станков Wattsan является их рамная конструкция корпуса станка.

Благодаря ей и другим усиленным элементам станка лазерное co2 оборудование компании WATTSAN может работать 24\7 без перерывов долгие годы.

Станки с иттербиевым излучателем могут резать и гравировать такие металлы как медь, латунь, нержавеющей или оцинкованной стали, черного металла, а также различных сплавов.

Примером подобного оборудования высокого уровня резки металлов выступает металлорезчик Wattsan 1530. Он обладает несколькими преимуществами, характерными для всех станков с ЧПУ, относящихся к данной категории:

Благодаря такому длинному списку достоинств, обеспечивает крайне обширная сфера практического применения лазерных станков с ЧПУ по металлу. Она включает производство следующей продукции:

морских и речных контейнеров;
рекламных конструкций;
изделий и конструкций строительного назначения;
разнообразных деталей и комплектующих к бытовой технике;
торгового и холодильного оборудования;
лифтов и т.д.

Важным дополнительным плюсом лазерных станков с ЧПУ выступает разнообразие подобного оборудования. Например, только в линейке продукции Wattsan представлено более нескольких десятков моделей, заметно различающихся по техническим и эксплуатационным характеристикам.

Плазменные станки с ЧПУ

Главным отличием плазменных станков с ЧПУ от лазерных является технология обработки металлов или других материалов.

В первом случае плавление поверхности заготовки происходит за счет дуги и при непосредственном воздействии воздуха, а во втором – при помощи лазерного луча, сфокусированного в определенной точке.

Благодаря этому, плазменные станки с числовым программным обеспечением получают как несколько очевидных преимуществ, так и ряд определенных недостатков. Основными плюсами их практического применения выступают:

обширный диапазон толщины обрабатываемых заготовок – от 0,5 до 50 мм;
высокая производительность, которая особенно наглядно проявляется при разрезании деталей большой толщины;
заметно меньшая, по сравнению с лазерными станками, стоимость оборудования;
возможность быстрой и удобной резки со скосом, то есть под определенным углом, что существенно расширяет возможности плазменных станков с ЧПУ.

В числе наиболее значимых недостатков рассматриваемого оборудования нужно отметить следующие:

экономическая невыгодность обработки заготовок с толщиной 10 мм и меньше;
недостаточное качество края кромок, конусность которых достигает 5 градусов;
наличие окалины в местах изменения направления движения резца, что требует дополнительной обработки заготовки перед дальнейшим использованием;
невозможность сверления отверстий диаметром до 4 мм;
повышенный уровень затрат на расходные материалы;
ограниченная сфера практического применения, заметно более узкая, чем для лазерных станков с ЧПУ.

Сочетание приведенных выше достоинств и недостатков становится наглядным объяснением того, почему плазменные станки с ЧПУ используются заметно реже, чем аналогичное оборудование с лазерной технологией обработки.

При этом стоит отметить, что для некоторых видов деятельности, например, сверлении заготовок большой толщины, именно плазморезы становятся лучшим и самым оптимальным решением.

Домашние станки с ЧПУ

Главной особенностью так называемых домашних станков с ЧПУ выступает отсутствие требований к высокой производительности и мощности оборудования. При этом особой популярностью пользуются универсальные модели, позволяющие выполнять самые разные операции по обработке различных материалов. Прежде всего, речь идет о деревянных заготовках.

Wattsan MICRO 0203

В сегодняшних условиях многие производители стремятся расширить рынки сбыта, в том числе за счет относительного нового сегмента – домашних станков с ЧПУ. Wattsan не является исключением из этого правила, выпуская сразу несколько моделей подобного оборудования.

Главное, что их отличает от продукции других брендов, — это сочетание надежности, компактных размеров, экономичности и разумного уровня цен, что особенно важно для частных клиентов.

На российском рынке представлено немало самых разнообразных станков с ЧПУ от большого количества предприятий-производителей – как отечественных, так и зарубежных. Самый простой способ сделать правильный выбор подходящей модели оборудования — это обращение к профессионалам. Получить грамотную консультацию и купить станок с ЧПУ можно в компании LASERCUT — лидера в области станков с ЧПУ с 100% гарантией доставки по всей России и странам СНГ.

К УЧПУ сходятся все нити управления автоматическими механизмами станка. Конструктивно УЧПУ выполнено как автономный электронный агрегат, имеющий устройство ввода УП, вычислительную часть, электрический канал связи с автоматическими механизмами станка.
В соответствии с международной классификацией все УЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие основные классы:
NC (Numerical Control); SNC (Stored Numerical Control); CNC (Computer Numerical Control); DNC (Direct Numerical Control); HNC (Handled Numerical Control); VNC (Voise Numerical Control), NEURO- Fuzzy (НЕЙРО-ФАЗЗИ) системы управления.
Все современные УЧПУ имеют класс не ниже СNС, то есть имеют в основе устройства мощный ПК со всеми его возможностями.
УЧПУ классов CNC, DNC, HNC относятся к устройствам с переменной структурой. Основные алгоритмы работы этих устройств задаются программно (или аппаратно-программно) и могут изменяться для различных условий, что позволяет уменьшить число модификаций УЧПУ, ускорить их освоение, в том числе УЧПУ с самоподнастраивающимися алгоритмами. УЧПУ этих классов имеют структуру ПК и обладают характерными признаками вычислительной машины.
Для работы УЧПУ должно быть соответствующим образом запрограммировано. Для этого подобные системы имеют специальное ПМО, представляющее собой комплекс алгоритмов переработки информации, поступающей в виде УП. Математическое обеспечение может вводиться в систему через устройство ввода, как и основная УП. Тогда система ЧПУ относится к классу свободно программируемых. В иных случаях математическое обеспечение закладывается в постоянную память системы на стадии ее изготовления. Однако, во всех случаях существуют возможности для изменения, дополнения, обогащения этого математического обеспечения, в силу чего подобные УЧПУ обладают большой гибкостью и способностью к функциональному наращиванию.
УЧПУ могут быть как составной частью поставляемого оборудования, так и устройством, используемым при модернизации уже имеющихся в эксплуатации станков. Моделей УЧПУ достаточно много, эти устройства производятся как отечественными, так и зарубежными фирмами. От уровня модели, от ряда ее характеристик зависят многие технологические характеристики управляемого данной УЧПУ оборудования. В общем случае выделяют у УЧПУ следующие данные:

Выбор УЧПУ и оценка его характеристик определяется рядом факторов — типом и назначением станка, характером и видом выполняемых работ, точностными характеристиками принятого станка, видом производства, возможностями предприятия и т.д. и т.п. Но в настоящее время в характеристиках УЧПУ часто выделяют два момента: возможности использовать УЧПУ для управления высокоскоростной обработкой (ВСО) и соответственно высокоскоростным оборудованием и принятая схема подготовки управляющих программ.
Основной принцип ВСО: малое сечение среза, снимаемое с высокой скоростью резания, и, соответственно, высокие частоты вращения шпинделя и высокая минутная подача.
Для достижения требуемой точности обработки, особенно финишной, требуются частые проходы инструмента с небольшим шагом. Указанное приводит к тому, что программируемые траектории инструмента являются сложными многоточечными и представляются в управляющих программах большим количеством кадров. Особенно это заметно при программировании обработки сложно контурных трехмерных изделий, когда управляющая программа должна неразрывно связывать согласованные перемещения элементов станка по 3-м, 4-м и даже по 5-ти координатам при шаге в 0,01. 0,02 мм. Требования неразрывности в подаче управляющих сигналов от системы ЧПУ к приводам, обеспечивающих к тому же большие скорости рабочих подач, приводит к тому, что данные от УЧПУ у высокоскоростных станков к приводам должны передаваться с большими скоростями и в значительно больших объемах, чем при обычной обработке на обычных станках с ЧПУ.
Поскольку у существующих СЧПУ имеются ограничения по скорости обработки (передачи) кадра управляющей программы и передачи сигнала управления к приводу, то при ВСО возможны ограничения по подаче, то есть УЧПУ может непрерывно управлять приводами лишь до определенной скорости их перемещения. Максимальную подачу, которую способна обеспечить конкретная система ЧПУ, можно определить по формуле: Fmax = (Длина перемещения в кадре) / (Время обработки кадра) * 60. Из приведенного отношения следует, что при перемещениях 0,01 мм и времени обработки кадра 2 мс максимальная подача ограничена значением 0,3 м/мин.
Таким образом, при организации ВСО, при определении УЧПУ выбираемого станка должны учитываться три фактора, связанные с системой управления станком:

для обеспечения непрерывного движения инструмента требуются у УЧПУ высокие скорости обработки данных (не менее 200 блоков в минуту);
система ЧПУ должна просматривать данные как минимум на 150. 200 блоков вперед с тем, чтобы вычислять изменения величины подачи при подходе инструмента к острым углам (или другим подобным препятствиям) и отходе от них;
для повышения качества поверхности и снижения нагрузок на инструмент необходимо, чтобы закон изменения величины подачи имел плавный колоколообразный вид, так как причиной снижения качественных характеристик процесса являются слишком резкие ускорения при движениях по траекториям с углами.

Как научиться работать на станке с ЧПУ?

Умение работать на станке открывает перед человеком большие возможности. В этой статье Вы найдете краткую базовую информацию о том, что необходимо знать при работе на станке, с какими трудностями может столкнуться оператор станка и как лучше построить свое обучение.

Для начала работы придется освоить управление станком. Сейчас существует множество различных систем числового программного управления (Mach3, Linux CNC, USB CNC, Rich Auto, Fanuc, OSAI, Sinumerik, OSP, Heidenhain и многие другие). Все они отличаются внешне, имеют определенные различия в функционале, обладают своими преимуществами, недостатками, нюансами, но, в то же время, все они работают по одному и тому же принципу. Достаточно изучить одну систему ЧПУ, чтобы понимать принцип работы всех остальных.

ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ РЕЖИМА ОТОБРАЖЕНИЯ КООРДИНАТ В MACH3

Такая система нулевых точек очень удобна при выполнении управляющих программ на станке с ЧПУ. В ходе выполнения программы всегда возникает необходимость делать вспомогательные перемещения (точка смены инструмента, точка "парковки" инструмента). Сделать это в нулевой точке, настроенной оператором, проблематично, так как ее мы настраиваем индивидуально для каждой обработки в зависимости от расположения заготовки на столе. Это означает, что нам при каждом изменении нулевой точки пришлось бы заново отмерять координаты до всех вспомогательных позиций и вручную прописывать их в программе. Чтобы этого избежать, все подобные вспомогательные перемещения осуществляются в машинной системе координат, так как она неизменна и координаты любой точки в ней всегда одни и те же. Обработка же самой детали происходит относительно нулевой точки настроенной оператором в зависимости от расположения заготовки. Для переключения между системами координат (нулевыми точками) во время выполнения управляющих программ используются специальные команды, которые закладываются в постпроцессор при его настройке.

Любая система ЧПУ имеет три основных режима работы:

   1. Ручной режим управления ( Manual ). Когда оператор управляет станком с пульта или с клавиатуры.
   2. Режим ручного ввода данных ( Manual Data Input ). Когда оператор управляет станком путем покадрового ввода команд в консоль и их выполнения. Например, включить шпиндель со скоростью вращения 15000 об/мин (S15000 M3), переместиться в определенную координату с подачей 5000 мм/мин (G1 X50 Y50 F5000) и т.д.
   3. Автоматический режим управления ( Auto ) – это основной режим работы станка с ЧПУ в котором происходит автоматическое выполнение управляющих программ. Оператор всегда имеет возможность прервать выполнение программы, возобновить ее выполнение, начать выполнение с заданного кадра, внести в программу корректировки и т.д.

Для комфортной и уверенной работы на станке оператору предстоит освоиться с этими режимами работы, научиться настраивать нулевые точки, измерять инструмент, производить его смену, быстро совершать аварийный останов станка при необходимости, возобновлять работу станка после аварийных остановов и внезапного отключения электричества и т.п.

Помимо этого обязательно следует освоить коды управляющих программ. Знание G-кодов и M-кодов, умение читать программу позволяют не только самостоятельно вносить правки в управляющий код не отходя от станка, но и помогают избежать десятков вопросов в ходе работы. Если же этих знаний не будет, то любая ошибка может оказаться для оператора непонятной, и, чаще всего, он не сможет решить проблему самостоятельно.

Для изучения всех этих вопросов существуют специальные мануалы (инструкции). Если речь идет о работе с системой ЧПУ станка, то для каждой системы ЧПУ существует свое "Руководство по эксплуатации", которое всегда можно найти в свободном доступе. Если речь идет об изучении программирования (G-коды, M-коды), то и по этой тематике есть огромное количество книг, инструкций, статей в интернете и изучить этот вопрос при желании не составит труда. G-код основан на едином стандарте, поэтому он одинаков для всех систем ЧПУ (если не считать систему Heidenhain), однако отличия и нюансы все равно существуют. Чтобы учесть такие особенности, можно обратиться к "Руководству по программированию", идущему к конкретной системе ЧПУ.

В качестве примера приведу мануал по системе Mach3 (прямая ссылка на скачивание документа с официального сайта разработчиков Mach3), который включает в себя как вопросы, связанные с эксплуатацией этой системы управления, так и информацию по программированию с помощью G-кодов и M-кодов, применительно к этой системе управления.

С наилучшими пожеланиями!

Автор: Дмитрий Головин Наверх

Как научиться работать на станке с ЧПУ?

ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ РЕЖИМА ОТОБРАЖЕНИЯ КООРДИНАТ В MACH3

Любая система ЧПУ имеет три основных режима работы:

С наилучшими пожеланиями!

Автор: Дмитрий Головин Наверх

Читайте также: