Обработка заготовок на станках с ЧПУ.

Цель занятия

1. Разработка управляющей программы с использованием САПР. Установка управляющей программы на станке с ЧПУ. Разновидности операционных систем станков с ЧПУ. Подготовка станка с ЧПУ к работе. Установка заготовок. Привязка режущего инструмента. Запуск управляющей программы. Корректировка точности получаемых размеров в процессе обработки. Устройство станков с ЧПУ (станок с ЧПУ токарный BD-10S, станок с ЧПУ фрезерный JMD-45STA).

2. Научиться установке заготовок на токарном и фрезерном станках с ЧПУ. Управление станками с ЧПУ.

В результате освоения данной темы обучающийся должен приобрести следующие умения У1-У8

получить практический опыт О1-О3

«ЧПУ» означает «числовое программное управление», а определение обработки на станках с ЧПУ строится на том, что это производственный процесс, в котором обычно используются компьютеризированные элементы управления и станки для удаления материала из заготовки. Если говорить о самом станке с ЧПУ — это любой станок для обработки или создания деталей, который управляется заданной программой и выполняет действия автономно, без участия оператора; включая в том числе, но не исключая неназванных: фрезерные станки с ЧПУ, токарные станки с ЧПУ, лазерные граверы и резаки, многофункциональные обрабатывающие центры, станки электроэрозионной резки, станки абразивной резки, 3D-принтеры любого типа также являются станками с ЧПУ, хоть и используют аддитивный а не субтрактивный процесс; существуют также устройства, совмещающие в себе процессы удаления и добавления материала (МФУ — многофункциональные устройства, обычно это гибрид фрезера с ЧПУ и 3D-принтера). Субтрактивные производственные процессы, такие как обработка на станках с ЧПУ, отличаются от аддитивных производственных процессов, таких как 3D-печать, или процессов формовочного производства, таких как литье под давлением и штамповка. В то время, как процессы вычитания удаляют часть материала заготовки для создания нужных форм и конструкций, аддитивные процессы добавляют материал, а процессы формирования изменяют его форму без изменения объема. Автоматизированная обработка на станках с ЧПУ позволяет производить высокоточные детали и обеспечивать экономическую эффективность при выполнении единичных и средних объемов производства. Несмотря на то, что обработка на станках с ЧПУ демонстрирует определенные преимущества по сравнению с другими производственными процессами, степень сложности получаемых деталей и экономическая эффективность в ее рамках ограничены.

Общим для всех станков с ЧПУ остается сам принцип автономной работы и программного управления. Станки с ЧПУ доступны в стандартных и настольных моделях. Стандартные станки с ЧПУ — это типичные станки промышленного форм-фактора, настольные станки с ЧПУ — это небольшие, более легкие станки. Обычно настольные модели работают с более мягкими материалами, такими как дерево, пенопласт и пластик, производят более мелкие детали и подходят для легких и умеренных объемов производства. Доступные типы настольных станков с ЧПУ включают: лазерные резаки и граверы, фрезерные станки размером с плоттер и другие.

аньше для программирования станков с ЧПУ использовались перфоленты, перфокарты и прямой ввод операций в контрольный блок. Сейчас управляющая программа составляется как правило заранее, в специальном ПО, и либо переносится на станок с помощью переносного носителя информации (например USB-флешки), либо передается напрямую по внутренней сети предприятия.

Разработка программы для станков с ЧПУ включает в себя следующие этапы:

• Разработка модели САПР
• Преобразование файла CAD в программу ЧПУ
• Подготовка станка с ЧПУ
• Выполнение операции обработки

Процесс обработки начинается с создания в ПО цифровой модели детали. Программное обеспечение САПР позволяет разработчикам и производителям создавать модель своих деталей и изделий вместе с необходимыми техническими характеристиками, такими как размеры и геометрия, для дальнейшего изготовления.

Размеры и геометрия детали ограничены возможностями станка и инструмента. Кроме того, свойства обрабатываемого материала, дизайн инструмента и его характеристики также ограничивают возможности проектирования, вводя такие обязательные величины как: минимальная толщина детали, максимальный размер детали, а также сложность внутренних полостей и элементов.

По завершении проектирования в САПР проектировщик экспортирует модель в совместимый с системой станка формат файла.

Отформатированный файл проходит через программу CAM, в которой модель преобразуется в управляющий код для станка.

Станки с ЧПУ используют несколько форматов исполняемого кода, такие как G-код, M-код и другие. Наиболее известный и применяемый из них — G-код. М-код может управлять вспомогательными функциями машины.

Как только программа работы сгенерирована, оператор загружает ее в станок с ЧПУ.

Прежде чем оператор запустит программу, он должен подготовить станок к работе, в первую очередь — установить исходную заготовку и инструмент, убедиться в исправности станка и функционировании всех систем, при необходимости провести калибровку.

После полной настройки станка оператор может запустить программу.

Программа действует как инструкция для приводов станка с ЧПУ, заставляя его двигатели перемещать заготовку и инструмент, изменять их взаимное расположение. Контроллер передает электрические импульсы на двигатели приводов в заданном программой порядке и с заданной длительностью, таким образом станок выполняет предусмотренные оператором действия.

Приложения, используемые для создания и подготовки к работе управляющих станками программ, относятся к следующим категориям:

• CAD
• CAM
• CAE

САПР или CAD — программное обеспечение для автоматизированного проектирования. Это программы, используемые для черчения и создания двухмерных векторных траекторий и трехмерных цифровых моделей деталей и поверхностей, а также сопутствующих технической документации и спецификаций. Конструкции и модели, созданные в программе CAD, обычно используются программой CAM для создания необходимой исполняемой программы для изготовления детали на станке с ЧПУ. Программное обеспечение САПР также можно использовать для определения оптимальных свойств деталей, оценки и проверки конструкций, моделирования изделий без прототипа и предоставления данных о конструкции производителям и мастерским.

CAM — программное обеспечение для автоматизированного производства. Это программы, используемые для извлечения технической информации из модели CAD и создания файла исполняемого кода для станка с ЧПУ. CAM переводит проект детали в набор команд для станка, управляющий длительностью, интенсивностью и очередностью работы каждого привода.

Управляющие программы для станка, ответственные за формирование детали и содержащие в себе детально расписанные по времени инструкции для каждого двигателя осевых приводов и шпинделей, называются “джи-кодами” (G-Code). Стандарт G-кода был опубликован еще во времена, когда машины имели небольшие объемы памяти. Из-за этого ограничения памяти G-код является чрезвычайно компактным и лаконичным языком, который на первый взгляд может показаться архаичным. Возьмем, к примеру, эту строку кода:

G01 X1 Y1 F20 T01 M03 S500

В этой единственной строке мы даем машине ряд инструкций:

• G01 — Выполнить линейное перемещение
• X1 / Y1 — перейти к этим координатам X и Y
• F20 — движение со скоростью подачи 20
• T01 — Используйте инструмент 1, чтобы выполнить работу
• M03 — включить шпиндель
• S500 — установить скорость вращения шпинделя 500

То есть, в результате выполнения этой короткой строки, станок: переместит шпиндель в заданные координаты, двигая его с указанной скоростью, установит выбранный инструмент, запустит шпиндель и будет вращать фрезу с заданной скоростью вращения.

Несколько строк G-кода, подобные этим, объединяются, чтобы сформировать полную программу для станка с ЧПУ. Ваш станок будет читать его по одной строке, слева направо и сверху вниз, как при чтении книги. Каждый набор инструкций находится на отдельной строке.

Цель каждого написанного G-кода — производить детали максимально безопасным и эффективным способом. Чтобы достичь этого, блоки G-кода располагают в логичном и простом порядке, например:

1. Запуск программы
2. Загрузка необходимого инструмента
3. Включение шпинделя
4. Включение охлаждения жидкостью
5. Перемещение инструмента в положение над деталью
6. Начало процесса обработки
7. Выключение охлаждающей жидкости
8. Отключение шпинделя
9. Отвод шпинделя от детали
10. Завершение программы

Этот поток — чрезвычайно простая программа, использующая только один инструмент для одной операции. На практике, как правило, повторяют шаги 2–9.

Модальные и адресные коды

Как и другие языки программирования, G-код имеет возможность повторять действие до бесконечности. Этот процесс использует зацикливание модального кода и выполняет действие, пока вы не отключите его или запустите выполнение другого кода. Например, M03 — это модальный код, который будет запускать шпиндель до бесконечности, пока вы не скажете ему остановиться на M05. Теперь подождите секунду. Это слово (помните: слово — это маленький кусочек кода) не начиналось с буквы G, но все равно это G-код. Слова, начинающиеся с буквы M, являются машинными кодами и включают или выключают такие функции машины, как охлаждающая жидкость, шпиндель и зажимы.

G-код также включает в себя полный список кодов адресов. Коды адресов начинаются с буквенного обозначения, например G, затем идет набор цифр. Например, X2 определяет код адреса X-координаты, где 2 — это значение на оси X, на которое перемещается инструмент.

Есть также несколько специальных кодов символов, которые можно добавить в программу G-кода. Они обычно используются для запуска программы, комментирования текста или игнорирования символов, и включают в себя такие символы:

• % Начинает или заканчивает программу
• () Определяет комментарий, написанный оператором ЧПУ, иногда они должны быть во всех заглавных буквах
• / Игнорирует все символы, которые идут после косой черты
• ; Определяет, когда заканчивается блок кода, не отображается в текстовом редакторе.