16.4 Технологічні можливості верстатів з числовим програмним керуванням

Підвищення продуктивності і якості робіт на металорізальних верстатах досягається механізацією і автоматизацією циклу обробки, тобто сукупністю переміщень робочих органів, які повторюються при обробці кожної заготовки. Найпростішим прикладом автоматизації циклу є використання кулачка і кінцевого вимикача, які розмикають ланцюг електродвигуна і зупиняють переміщення супорта.

Комплекс переміщень робочих органів за цикл роботи верстата здійснюється у певній послідовності, тобто за програмою. Керувальна програма - це сукупність команд, яка відповідає заданому алгоритмові функціонування верстата з обробки конкретної заготовки. Алгоритмом називають спосіб досягнення мети з однозначним описом процедури його виконання.

Програму роботи виконавчих органів верстата задає програмоносій, на якому записана керуюча програма - геометрична і технологічна інформація. Технологічна інформація містить дані про послідовність введення в роботу різних інструментів, зміни режимів обробки, подачу мастильно-охолоджувальної рідини тощо. Геометрична інформація характеризує форму і розміри елементів деталі, інструментів і їхнє взаємне положення.

У програмному керуванні верстатами широко застосовують системи, що значно скорочують час переналагодження верстата, забезпечують високу точність і стабільність обробки. Програмне керування верстатом - це автоматичне керування його роботою за числовим заданням програми переміщень виконавчих органів верстатів у процесі обробки.

Функції, які виконують системи числового програмного керування (СЧПК), можна розділити на основні (керування приводами подач верстатів відповідно до заданої програми) і додаткові (зміна частоти обертання шпинделя, інструмента тощо).

Основною перевагою СЧПК є те, що програма формоутворення і допоміжних рухів виконавчих органів не пов’язана з структурою і конструкцією верстатів, тому вона не викликає його суттєвого переналагодження при зміні програми.

Верстати з ЧПК швидко переналагоджують – достатньо змінити інформацію, яку вводять у верстат, і він почне працювати за іншою програмою, тобто обробляти іншу деталь. Це визначає високу універсальність верстатів із ЧПК. Застосування верстатів із ЧПК зручно в тих випадках, коли потрібен швидкий перехід на виготовлення іншої деталі, обробка якої на звичайних верстатах вимагає використання спеціального оснащення.

Автоматична обробка на верстатах із ЧПК забезпечує стабільність якості й ідентичність виготовлених деталей усієї партії, тому що при цьому виключаються негативні фактори, що мають місце при ручному керуванні (втома робітника, відволікання його уваги зовнішніми впливами, негативні і позитивні емоції, похибки відрахунку поточного розміру при обробці, тимчасове порушення координації руху рук тощо), а також виключає похибки в роботі, зв'язані з забезпеченням точності розмірів при переході від однієї оброблюваної поверхні до іншої на верстатах з ручним керуванням.

На відміну від верстатів-автоматів, де програма задається в аналоговому вигляді (шаблони, копіри, кулачки тощо), у верстатах з ЧПК реалізується зв'язок розмірів деталі з програмою, заданою у вигляді числового коду на відповідному програмоносії. Тому підготовка програм для верстатів із ЧПК, їхнє тиражування вимагає меншої трудомісткості в порівнянні з трудомісткістю виготовлення кулачків або копірів (для їх виготовлення необхідні трудомісткі розрахункові та креслярські роботи і механічна обробка). Така підготовка зводиться до розрахунку програми і її запису на програмоносій. Ще однією перевагою ЧПК є можливість корекції програм безпосередньо в процесі обробки без заміни програмоносія.

Застосування верстатів з ЧПК дозволяє створювати нові прогресивні форми організації виробництва з використанням обчислювальної техніки і значно скоротити терміни освоєння нової продукції. З’являється можливість централізованої підготовки програм із застосуванням сучасних засобів обчислювальної техніки, забезпечується можливість дистанційного керування верстатами й одночасним керуванням декількома верстатами.

Використання верстатів з ЧПК у порівнянні з іншими металорізальними дозволяє збільшити продуктивність праці у 2…4 рази.

Для підвищення точності і стабільності якості обробки у конструкціях верстатів з ЧПК застосовують передачі, які виключають кінематичні і силові зазори. Для цього скорочують довжину кінематичних ланцюгів, у кожному з яких використовуються індивідуальний двигун, тертя ковзання заміняють тертям кочення, використовують передачі з пристроями усунення зазорів у передачах тощо.

Велике значення для верстатів з ЧПК має швидкодія приводу (час розгону і гальмування), яка впливає на точність позиціювання. Висока швидкодія привода подач у широкому діапазоні регулювання забезпечується спеціальними електродвигунами і передачами, в яких стабільно малі втрати на тертя, рухомі вузли встановлені на напрямних кочення чи гідростатичних напрямних, застосуванням спеціальних мастильних матеріалів. У приводах подач використовують силові крокові електродвигуни і крокові двигуни в поєднанні з гідропідсилювачами моментів, високомоментні двигуни постійного струму, синхронні безколекторні двигуни змінного струму, які мають широкий діапазон регулювання, високу рівномірність обертання, малі габарити та масу.

Привід головного руху виконують ступінчастим або безступінчастим. У ступінчастому приводі шпиндель одержує обертання від автоматичної коробки швидкостей, у приводах з безступінчастим регулюванням використовують поєднання двигуна постійного струму з електронною системою керуванням і ступінчастої коробки швидкостей.

Шпинделі верстатів з ЧПК мають великі діаметри, що дозволяє розміщати в них затискні автоматичні пристрої і різні датчики. Для забезпечення необхідних довговічності та жорсткості в опорах шпинделя використовують роликові підшипники. Також застосовують гідродинамічні (у шліфувальних верстатах), гідростатичні й аеростатичні (у прецизійних верстатах) підшипники.

Для ефективного використання верстатів із ЧПК потрібно оснащувати їх інструментами, пристосованими до особливостей роботи на таких верстатах. Зокрема, конструкція інструмента повинна враховувати зміну в широких межах його геометричних параметрів при обробці, а автоматична зміна інструментів на верстатах вимагає підвищеної точності виготовлення корпусів, змінних пластин. Це досягається випуском спеціальних різців і застосуванням блокових систем інструментів.

Висока потужність і швидкохідність приводів, точність і надійність верстатів із ЧПК ставлять до їхнього технологічного спорядження підвищені вимоги. Патрони для кріплення заготовок мають пристрої, які компенсують дію відцентрових сил, що знижують силу затискання.

Основними вимогами до затискних пристроїв верстатів із ЧПК є високі точність, надійність закріплення і можливість швидкого переналагодження, що забезпечується використанням системи універсально-налагоджувальних пристроїв і розробленої спеціально для верстатів із ЧПК системи універсально-збірних механізованих пристроїв. Широко використовують комплекти допоміжних перехідників для швидкого встановлення різних інструментів чи пристроїв.