Координатный станок: описание
Координатный станок может иметь от 3 и более осей. В простейшем случае это горизонтальное, вертикальное и вращательное движение. Оптимальным решением являются 5-координатные системы, позволяющие обрабатывать большинство сложных изделий. Для более специализированного применения к существующим осям могут добавляться еще наклонные либо поворотные механизмы.
Назначение многоосевых систем
Координатный станок имеет независимые оси, ориентирующие одновременно инструмент и деталь относительно него. К дополнительным осям относят противошпиндельный узел, поворота стола, механизмы выгрузки и загрузки заготовок. Управление осуществляется от контроллеров станка.
Координатный станок имеет такое название благодаря точности нанесения отверстий на поверхности обрабатываемой детали вдоль какой-либо оси системы. Как правило, стол перемещается по двум координатам, а инструмент движется вертикально по третьей. Добавим возможность вращения самой детали и изменение наклонной поверхности.
Координатный станок снабжается двумя дополнительными осями перемещающие сам инструмент в двухкоординатной системе, что позволяет выполнять даже самые сложные пазы и отверстия.
Классические обозначения
Все координатные станки с ЧПУ стараются изготавливать со стандартными именами осей. Однако производитель может менять буквенное обозначение по своему усмотрению. Сложилось так, что горизонтальное перемещение ассоциируется с латинской буквой X, Y чаще выполняет роль вертикальной проекции, но на 5-координатных системах эта ось является вторым направлением движения стола.
Перемещение по вертикали и по направлению движения инструмента к детали обозначают латинской буквой Z. Причем увеличение счета положения происходит при направлении от заготовки. C осью чаще именуют вращательное движение, чаще такое обозначение используется при цилиндрической обработке.
Дополнительные оси назначаются согласно продолжению алфавита. Однако диску вращения инструмента присваивается буква A. Противошпиндель именуется буквой E. Дальнейшие наименования производитель станка выбирает согласно своим предпочтениям.
Разнообразие вариантов осевых систем
Координатно-фрезерный станок становится более дорогостоящим с каждой добавленной осью. Перемещение самого инструмента по двум координатам дает большие возможности для реализации реза в труднодоступных местах. Однако это должно быть оправдано с точки зрения технологии.
Часто дополнение вращения самого инструмента снижает прочность всей конструкции и такие системы становятся менее долговечными. Чем меньше присутствует кинематических связей, тем надежнее становится станок и он способен обрабатывать более жесткие материалы. Более рациональным решением будет не дополнять вращение инструмента, а выбрать модели с поворотным столом.
При последнем варианте станка вращается более крупный узел, но такая модель будет, несомненно, дороже. Однако сохраняется важная характеристика координатно-расточного станка: жесткость конструкции и надежность. Снижается этот параметр при обработке деталей по весу превышающие нормально допустимые параметры.
Возможности многоосевых систем
Координатно-сверлильный станок позволяет получать сложные детали:
- Бобышки, отверстия нестандартной формы.
- Фасонные поверхности, корпусные изделия.
- Зубчатые колеса, шестерни, крыльчатки, роторы.
- Без труда отрабатываются ребра жесткости.
- Отверстия в любой проекции под различными углами, пазы, резьбы.
- Все сложные детали, требующие криволинейной обработки.
- За один цикл можно обработать полностью всю поверхность заготовки.
В последнее время широко применяются вакуумные столы для удержания обрабатываемой детали за счет всасывания воздуха. Классические крепления уже не используются, что сокращает время на извлечение и установку новой заготовки.
Полный процесс производства
Координатно-фрезерный станок с ЧПУ работает по стандартному алгоритму. Сначала создается модель будущей детали на бумаге или персональном компьютере. Далее следует перенос размеров и контуров через приложение в понимаемый машиной вид векторной графики. Программист задает направление движения инструмента, вставляет технологические паузы. Выбирает тип инструмента, скорость обработки, точность позиционирования вращающихся осей.
После преобразования модели в машинные коды станок готов выполнять нарезку детали. Но перед этим следует отладка программы. Сначала проводится 3D-отработка перемещений и контроль получаемого результата. Затем на ограниченной подаче запускают цикл автоматики без вращения главного узла – шпинделя. Если все проходит гладко и без отклонения траектории движения, то начинают нарезку детали.
Следует помнить, что ни один ЧПУ-станок не может физически иметь защиту от невежд. В лучшем случае производители предусматривают мягкие предохранительные муфты от механических повреждений. Но даже такая малая поломка может привести к длительному простою оборудования. Поэтому все цифры, вносимые в программу обработки, должны быть осмысленными и рассчитанными. Аналогично действуют при добавлении корректоров на износ инструмента и компенсацию люфтов.
Инструменты для создания программ и экспорта в станок
Координатный станок, как и обычный, имеет внутреннюю память и набор стандартных интерфейсов, позволяющих «заливать» управляющие программы через разъемы: USB, COM, Flash-картой, Ethernet, беспроводными методами. Все перечисленные способы записи программ являются опциями и добавляют нагрузку к стоимости оборудования. В простейшем случае управлять станком можно через старенький ПК посредством установленной управляющей платы и соответствующего приложения. Эта реализация является самой доступной, но для организации правильной работы всех узлов требуются немалые знания в области станкостроения.
Для создания управляющих кодов используются CAD/CAM приложения. Выбор их огромен, существуют и бесплатные варианты от ведущих производителей станков. Однако при серийном производстве деталей требуется целый отряд работников, состоящий из проектировщика, программиста, технолога-наладчика и ремонтника. Как показала практика, один человек не сможет одновременно заниматься автоматизированным циклом и вносить доработки в текущий процесс обработки. С помощью приложений такая возможность частично возникла, но пока не существует универсального средства, исключающего человеческое участие в расчетах параметров конечного продукта.
Технологический останов
Паузы в обработке детали требуются на отвод скопившейся СОЖи и стружки из зоны реза, для контроля параметров и внешнего осмотра целостности инструмента. Также они нужны и при интенсивной обработке, когда требуется время на остывание нагревшихся частей заготовки.
Автоматический останов программист вносит для подтверждения оператором действия. Так проводится контроль присутствия работника вблизи станка во время работы. Дополнительно вводится пауза для контроля надежности захватов во время выгрузки или после загрузки заготовки.
Область применения
Многоосевые станки пользуются спросом практически у любого производителя металлических изделий, мебели, пластмасс, уникальных изделий. Наибольшее количество координатных систем насчитывается в автомобиле- и авиастроении, космической промышленности. Также такие машины можно увидеть на площадках разделки листового материала.
Вертикальные многоосевые центры мобильны и легко устанавливаются на ровной площадке на новом месте. Производители закладывают возможность модернизации оборудования путем добавления осей, соответственно увеличивать приходится память, количество входов на интерфейсных платах. Из 3-координатного центра можно легко получить 5 или 6-осевые системы.
Разновидности машин
Многоосевые системы находят применение не только для изготовления отверстий и металлообработки. Координатное управление может быть реализовано под следующие цели:
- По аналогичному принципу строится координатно-шлифовальный станок.
- Система печати плат может иметь аналогичную структуру.
- Автоматика покраски автомобилей и других деталей.
- Наполнение форм различными материалами проводится по координатной сетке.
На основе уже готового станка существует множество решений под узкие задачи в производстве. Специалисты компаний производителей способны доработать некоторые модели и снабдить роботами, компрессами для удержания деталей либо осуществить более сложный проект.