3.11. Станки с числовым программным управлением

В мелкосерийном и серийном многономенклатурном производстве с частой сменой объекта изготовления получили наибольшее распространение автоматизированные станки с числовым программным (ЧПУ). Станок с ЧПУ позволяет осуществлять взаимное перемещение детали и инструмента по командам без применения материального аналога обрабатываемой детали (кулачков, шаблонов, копиров). Программа работы станка записывается на перфоленту, перфокарту или набирается на штекерной панели. В современных моделях станков с ЧПУ составление управляющей программы осуществляется оператором с помощью клавиатуры микро-ЭВМ, а редактирование программы - в режиме диалога с графическим дисплеем. Ввиду того, что программа составляется заранее, то благодаря быстрой смене программоносителя станок с ЧПУ переналаживается за короткое время на обработку другой детали.

Основные преимущества станков с ЧПУ:

- простота модификации технологического процесса путем внесения корректирующих команд на программоноситель или в запоминающее устройство микро-ЭВМ;

- оптимальные режимы обработки с использованием максимальных возможностей станка;

- исключение ручных предварительных разметочных и пригоночных работ;

- повышение точности и идентичности деталей;

- повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного и машинного времени обработки;

- сокращение числа перестановок деталей при обработке и сроков подготовки производства.

Функции станочника упрощаются и сводятся к установке и съему детали, контролю за циклом обработки, смене инструмента. Благодаря автоматическому позиционированию устраняются ошибки оператора при установке координат. Коэффициент использования станков с ЧПУ выше, чем универсальных, благодаря сокращению времени наладки, смены инструментов, контроля и повышению процента машинного времени в цикле работы станка (до 75 %).

3.11.1. Поколения станков с чпу

Целесообразно классифицировать станки с ЧПУ по поколениям. Поколение – это понятие, которое не обязательно делит станочное оборудование на морально устаревшее и современное. Каждое из поколений станков может иметь право на существование исходя из экономической целесообразности. И относительно недорогой токарный станок или фрезерный станок с ЧПУ на базе универсального и сложные, дорогие токарные станки с адаптивными системами управления, фрезерно-расточные многоинструментальные с автоматической сменой инструмента имеют сегодня применение. Все многообразие станков с ЧПУ можно объединить в три развивающиеся поколения. Рассмотрим особенности станков с ЧПУ каждого поколения.

Станки первого поколения включают универсальные станки, переоборудованные под числовое управление. Примерами станков этого поколения могут служить токарный станок модели 16К20Ф3, вертикально-фрезерный станок модели 6Р13Ф3, координатно-расточный станок модели 2Д450АМФ2 и сверлильный станок модели 2М135РФ2.

Особенностью станка с ЧПУ первого поколения является широкое использование основных базовых деталей (станин, кареток, колонн) и их компоновок из обычных станков серийных моделей прежнего выпуска. При преобразовании в станки с ЧПУ осуществляется переход в приводной части к шариковым винтовым парам повышенной жесткости и точности, вводятся измерительные устройства средств обратной связи, управление работой станка осуществляется от универсального недорогого пульта ЧПУ. К числу достоинств станков первого поколения следует отнести их относительную дешевизну и простоту. Недостатками этих станков являются обычно относительно невысокая точность, ограниченные технологические возможности вследствие работы одним инструментом (на токарных станках иногда несколькими инструментами в пределах возможностей обычных револьверных головок) и сравнительно невысокая производительность в результате небольших скоростей вспомогательных перемещений, ограниченной жесткости, невысоких допускаемых рабочих усилий, значительного подготовительного и заключительного времени.

Станки второго поколения представляют собой конструкции, специально разработанные для ЧПУ. Они характеризуются специальной конструкцией основных базовых узлов и их компоновок. Примером такого станочного оборудования могут служить вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной станок модели 243ВМФ2 и токарный станок модели 1Р723РФ3.

Станки второго поколения имеют повышенную жесткость всех элементов. Элементы привода встраиваются в базовые детали так, что последние обеспечивают их надежное укрытие от попадания стружки и долговечность работы. Скорости холостых перемещений повышены до 5 – 10 м/мин, возможно осуществление автоматической смены инструмента, применение адаптивного управления с автоматическим выбором целесообразного количества переходов и оптимизацией режимов резания. Все это создает возможность осуществления на станках второго поколения высокопроизводительной и высокоточной обработки деталей по числовой программе. В токарных станках небольших габаритов часто применяется станина с наклонными направляющими. Большинство из них имеет одну или две резцовые или револьверные головки: одну для наружного обтачивания, а другую для внутреннего, оснащаются многоинструментальным магазином. Компоновка станка наряду с повышенной жесткостью обеспечивает обычно самоотвод стружки в автономное транспортное устройство, размещенное в нижней части станка.

Преимуществами станков второго поколения является их точность и производительность, а недостатками – отсутствие комплексности обработки деталей, значительное подготовительное и заключительное время в результате ручной установки заготовки и снятия детали.

Станки третьего поколения. Характеризуются возможностью обеспечения комплексной обработки, обеспечением расширенных технологических возможностей и разветвленным транспортом. Конструкции станков третьего поколения представляют особый интерес, поскольку в них проявляются перспективы дальнейшего развития оборудования с ЧПУ. К третьему поколению можно отнести многооперационные станки моделей СМ-400Ф4.5 и АПРС-5Н.

Расширение технологических возможностей на станках третьего поколения по сравнению с многооперационными станками второго поколения достигается за счет увеличения количества управляемых по программе координат до пяти – шести посредством введения поворота обрабатываемой детали вокруг вертикальной и горизонтальной оси. В результате станочное оборудование этого поколения обеспечивает комплексную обработку самых сложных корпусных деталей, включая точное растачивание внутренних поверхностей фасонной формы, сверление и растачивание отверстий под произвольными углами в пространстве и т.п. Система управления станком имеет выход на ЭВМ более высокого порядка. Кроме того, такие станки оснащаются транспортным устройством, позволяющим автоматически по программе подавать спутник с заготовкой с запасной позиции (загрузки, выгрузки) на рабочую позицию, и наоборот. Специальное устройство осуществляет автоматизированную загрузку – выгрузку инструментов в магазине от внешнего накопителя. В результате такие станки, как правило, приспособлены для встраивания в автоматизированные производственные системы.