станок с чпу

Выбор портального станка с ЧПУ

Станок с числовым программным управлением (ЧПУ) это установка, оборудованная специальным программно-аппаратным комплексом для управления механическим отделом с максимально возможной точностью, без участия человека. Применение ЧПУ позволяет уменьшить количество рабочих, оптимизирует производство посредством возрастания повторяемости результата механической обработки и предсказуемости изготовления. Подобным станком можно сделать сложнейшие детали, которые нельзя изготовить на станке с ручным управлением. Благодаря ЧПУ производится автоматическая смена рабочего инструмента и головок, а также измерение обрабатываемой детали.

Устройство

Устройство ЧПУ станка портального типа

Основа

Станина выполняет несущую функцию. Должна иметь стабильность свойств, обеспечивать обработку материалов с необходимой точностью и режимом, хорошую производительность. От проектирования и качества изготовления станины зависит точность обработки станка. Материалы, применяемые для изготовления станин:

  • Чугун служит материалом для изготовления литых станин, которые отличаются устойчивостью к вибрации, жёсткостью и теплостойкостью.
  • Из углеродистой стали изготавливаются сварные станины. Они обладают меньшим весом по сравнению со станинами, произведенными из чугуна. При этом показатели жёсткости будут одинаковыми.
  • Бетон характеризуется хорошими демпфирующими показателями и более низкой восприимчивостью к колебаниям температуры. Недостатки:
    Станину из подобного материала необходимо защищать от попадания масла и воды, иначе она изменится в объёмах.
    Для достижения нужной жёсткости стенки станины делаются очень толстыми.
  • Полимерные материалы отличаются высокой устойчивостью к коррозии, лёгкостью производства и ремонта, низким коэффициентом скольжения и увеличенным модулем упругости по сравнению с другими материалами, используемыми для производства станины. Вероятность возникновения резонанса у станины из полимерных материалов значительно ниже, чем у стальной станины, следовательно, станок отличается большей точностью.

Полимерные станины

Полимерные материалы для станин станков с чпу

1,2 — полимербетон. 3,4,5 — полимергранит.

Из синтетического гранита изготавливают станины для станков с высокой точностью. Отличительной особенностью синтеграна (синтетического гранита) является то, что он практически не подвержен температурным деформациям.

Ещё один полимерный материал для производства станины – полимерный бетон. Стабильность температуры и демпфирующие (гасит колебания) свойства примерно в 6 раз выше, чем у чугуна. Полимерный бетон является самым современным материалом для изготовления неподвижных деталей станков.

Эпоксидный гранит – это изменённое название полимерного бетона.

Ещё одним преимуществом станины из полимерного материала является скорость её изготовления. Из стали и чугуна отливаются грубые заготовки и это занимает времени от 1 месяца. Изготовление деталей из полимеров происходит в течение несколько дней. Стоимость подобных станин примерно на 30% дешевле чугунных и стальных.

Механика и электроника

  • Рабочий стол предназначен для закрепления заготовки. Это поверхность с перемещающейся над ней фрезой, гравёром, то есть рабочим инструментом. Важнейшими параметрами рабочего стола являются ровность поверхности и возможность закрепления заготовки в любом месте.
  • Приводы осей состоят из двигателей и драйверов двигателей.
    Двигатели связывают электронную и механическую часть станка. Бывают шаговые моторы и серводвигатели. Драйвер двигателя получает команды с контроллера и преобразует их во вращательные движения вала.
  • Передача осей (трансмиссия) — один из важнейших показателей, влияющих на точность станка. Конкретный вид трансмиссии производится с определённой точностью. Класс точности указывается изготовителем и на основании этого определяется погрешность в работе станка.
  • Направляющие отвечают за движение рабочего инструмента по назначенной линии. Качественные характеристики направляющих и их присоединение к станине также существенно влияют на точность. Бывают скольжения, качения и комбинированные.
  • Шпиндель служит для закрепления режущего (или обрабатывающего деталь) инструмента и для передачи крутящего момента.

Принцип работы

Основным отличием в работе станка с ЧПУ от обычного станка является то, что перемещение шпинделя, рабочего стола, резца и заготовки осуществляется контроллером, который истолковывает G-код (команды на запуск, перемещение в определённую точку координат, остановку или изменение скорости) специальной программы. Контроллер превращает заложенные в программу инструкции в набор управляющих импульсов. Станок с ЧПУ управляется персональным компьютером и с помощью различных контроллеров.

Для работы станка требуется целый ряд программ. С помощью которых сначала разрабатывается модель изделия, которая переводится в управляющие команды для контроллера (G-код), которые отрабатываются на управляющей программе.

Классификация, область применения

Классификация станков по весу:

  • Лёгкие (до 1 тыс. кг) используют в основном для обработки мелких деталей часов, различных приборов, швейных машин.
  • Средние (до 10 тыс. кг) применяются в машиностроении.
  • Крупные (до 30 тыс. кг).
  • Тяжёлые (до 100 тыс. кг).
  • Уникальные (больше 100 тыс. кг).

Таблица

Вид станка Технические характеристики Где используются Что можно обрабатывать пример
Малые станки от 350х350х100 мм до 1000х900х150 мм; вес 96-320 кг; пазовые зажимы, шаговые двигатели. Сувениры,
полиграфия,
штампы,
реклама
Обработка дерева, картона, кожи, пластика, фанеры, пенопласта, алюминия. CNC-30-40-60
CNC-6090
Средние станки от 1000х900х150 мм до 1200х2000х250 мм; нагрузка на стол 5000 кг; расстояние от шпинделя до стола 120-870 мм; вес 17000 кг; максимальный размер заготовки 1300х2000 мм. Малый бизнес,
домохозяйства
Металл, дерево, камень DCM.AA42.2013
Крупные станки от 1200х2000х250 мм до 2000х3000х500 мм; нагрузка на стол 4000-5000 кг; расстояние от шпинделя до стола 180-900 мм; вес 25000-28000 кг Промышленное
производство
Металл, дерево, камень PBZ.AB27.1500
BZ.AB27.2000
Тяжёлые станки от 2000х3000х500 мм и более; нагрузка на стол от 2500 до 16000 кг; расстояние от шпинделя до стола 200-1200 мм; вес 32000-65000 кг Крупное промышленное производство Металл, дерево, камень PBZ.AB27.2500
PBZ.AB27.5200
PBZ.AB27.4200
PBZ.AB27.3200

Станки с ЧПУ маленьких размеров, такие как CNC mini и CNC micro используются в учебных заведениях. Характеризуются небольшой мощностью и весом от 12 до 20 кг. Обрабатывают дерево, пенопласт, фанеру, МДФ, алюминий и другие материалы мягкой текстуры. Толщина обработки материала около 100 мм.

Ювелирные станки с ЧПУ используются для фрезерования воска заготовок ювелирных изделий. Используется пяти координатная ось для обработки сложных объёмных фигур. Например, 5D станки MAX777.

Основные параметры выбора станка

На выбор станка в первую очередь влияет то, с каким материалом придётся работать.

Для обработки дерева требования к станкам одни, а для камня уже другие. Чем более твёрдый материал обрабатывается, тем жёстче должен быть корпус.

При выборе станка необходимо учитывать:

  1. Количество шпинделей. Если шпиндель один, то чаще всего он выполняет все операции, может наклоняться и поворачиваться, Z параллельна оси шпинделя. В многошпиндельных устройствах максимально увеличивается скорость обработки деталей и сводится к минимуму количество замен рабочего инструмента. Максимальное количество шпинделей – 8. Для обработки дерева оптимальное количество – до 6.
  2. Качество шпинделя. Важны плавность, скорость вращения, мощность. Диапазон движения шпинделя должен быть широким. Мощность варьирует от 1,5 до 4 кВт. Автоматическая смена и система охлаждения также являются важными показателями. Охлаждение может быть воздушным и водным.
  3. Размер рабочей зоны и высота портала. Чем больше – тем лучше. Так как детали крупных размеров нельзя изготовить на станке с небольшой рабочей зоной. Чем больше размеры рабочего стола, тем более жёсткие, а соответственно и более дорогие, направляющие для линейного перемещения требуются.
  4. Тип станины. Лучшими характеристиками обладает литая станина, так как она значительно снизит вибрацию и обработка будет более точной.
    Вес станка гасит возникающие при эксплуатации колебания. Чем больше вес – тем выше жёсткость, следовательно, и точность обработки. Но не всё зависит от веса. Жёсткость, прочность и точность станка обуславливается материалами, из которых выполнен станок.

    Станина представляет собой самую массивную часть станка. Несёт на себе нагрузку в виде подвижных и неподвижных узлов и механизмов станка и должна обеспечить правильное и стабильное их положение при эксплуатации. Требования к станине: виброустойчивость, устойчивость к температурным колебаниям, жёсткость, устойчивость к прогибу при нагрузках.
  5. Тип стола. Материал для изготовления стола может быть разным: дерево, алюминий, текстолит, резина. Для универсального станка лучше остановиться на комбинированном варианте с вакуумным креплением.
  6. Вакуумный насос. Вихревой или пластинчато-роторный будет лучшим выбором. От насоса зависит качество крепления заготовки.
  7. Каким способом управляется станок. Чаще всего контроль и управление осуществляются с помощью персонального компьютера. Ещё возможно управление при помощи пульта. В данном случае даже если питание пропадёт, станок запомнит позицию и начнёт работу именно с неё.
  8. Скорость и точность. Точность является основной характеристикой станка. Напрямую зависит от станины, трансмиссии и направляющих (качество и присоединение к станине). Недостаточная жёсткость стола приводит к появлению повышенной вибрации при работе, что тут же отражается на точности. Высокоскоростными являются станки с серводвигателем и с мощными шпинделями. Они дорогостоящие. Для деревообработки может быть достаточно станка с шаговым двигателем, который более дешёв.
  9. Двигатель. Оптимальным выбором будет серводвигатель. Станок будет быстр, точен и надёжен. Но дорогой. Шаговые дешевле и просты в управлении, но имеют низкий КПД из-за вибрации, небольшой удельной мощности, слабых показателей ускорения. Бывают четырёх, шести и восьми проводные. Серводвигатели обладают высоким коэффициентом полезного действия, плавностью хода, устойчивостью к перегрузкам.
  10. Координаты. Наиболее распространёнными являются трёх координатные станки — конструкция перемещается в трёх направлениях X, Y и Z. Подобным устройством нельзя изготовить трёхмерную деталь, потому что конструкция делает невозможным фрезеровку поднутрения. По этой причине лучшим вариантом будет пяти координатный станок, где мощные серводвигатели установлены по всем осям. Чем длиннее Z, тем он более хлипкий.
  11. Электропитание. Практически у всех станков с ЧПУ напряжение 220/380 вольт с частотой 50 герц. Тут выбор небогатый. Улучшенным вариантом считается разделение питания на две ветки. Где ветка, идущая на электронику, подсоединяется к стабилизатору и сетевому фильтру.
система СОЖ

Система СОЖ

Дополнительные опции, которыми оснащены современные станки с ЧПУ:

  • Удаление стружки.
  • Лазерный 3D сканер.
  • Удаление дыма.
  • Система контурной резки.
  • Система СОЖ (система подачи смазывающе-охлождающей жидкости)

Подвижный портал имеет большинство станков с ЧПУ. Подобное решение делает конструкцию более гибкой и универсальной. Площадь обработки гораздо больше, чем у станка с неподвижным порталом.

Подвижный рабочий стол делает станок меньше размером, с меньшим рабочим полем, но с более жёстким порталом.