Що таке верстати з ЧПК?

Історія верстатів з ЧПК
Джон Т. Парсонс (1913-2007) з корпорації Parsons у Траверс-Сіті, штат Мічиган, вважається піонером цифрового керування, попередником сучасного верстату з ЧПК.За його роботу Джона Парсонса називають батьком 2-ї промислової революції.Йому потрібно було виготовляти складні вертолітні лопаті, і він швидко зрозумів, що майбутнє виробництва — це підключення машин до комп’ютерів.Сьогодні деталі, виготовлені за допомогою ЧПК, можна знайти майже в кожній галузі.Завдяки верстатам з ЧПК ми маємо дешевші товари, сильнішу національну оборону та вищий рівень життя, ніж це можливо в неіндустріальному світі.У цій статті ми досліджуємо походження верстатів з ЧПК, різні типи верстатів з ЧПК, програми верстатів з ЧПК і звичайні практики верстатів з ЧПК.

Машини зустрічаються з комп’ютером
У 1946 році слово «комп’ютер» означало обчислювальну машину, що працює на перфокарті.Незважаючи на те, що Parsons Corporation раніше виготовила лише один пропелер, Джон Парсонс переконав Sikorsky Helicopter, що вони можуть створити надзвичайно точні шаблони для складання та виробництва пропелерів.Зрештою він винайшов комп’ютерний метод перфокарти для розрахунку точок на лопаті гвинта гелікоптера.Потім він попросив операторів повернути колеса до цих точок на фрезерному верстаті Cincinnati.Він провів конкурс на назву цього нового процесу і дав 50 доларів тому, хто придумав «числове керування» або NC.

У 1958 році він подав патент на підключення комп'ютера до машини.Його патентна заявка надійшла за три місяці до Массачусетського технологічного інституту, який працював над започаткованою ним концепцією.Массачусетський технологічний інститут використав його концепції, щоб зробити оригінальне обладнання та субліцензіату пана Парсонса (Bendix) для IBM, Fujitusu та GE, серед інших.Концепція NC повільно розвивалася.За словами пана Парсонса, люди, які продали цю ідею, були комп’ютерними людьми, а не людьми-виробниками.Однак на початку 1970-х армія США сама популяризувала використання комп’ютерів із ЧПУ, будуючи та здаючи їх в оренду численним виробникам.Контролер ЧПК розвивався паралельно з комп’ютером, забезпечуючи все більшу продуктивність і автоматизацію виробничих процесів, особливо обробки.

Що таке ЧПУ?
Верстати з ЧПК виготовляють деталі по всьому світу майже для всіх галузей.Вони створюють речі з пластику, металу, алюмінію, дерева та багатьох інших твердих матеріалів.Слово «ЧПУ» розшифровується як «ЧПУ», але сьогодні всі називають його ЧПК.Отже, як визначити верстат з ЧПК?Усі машини з автоматичним керуванням рухом мають три основні компоненти – функцію керування, систему приводу/руху та систему зворотного зв’язку.Обробка з ЧПК – це процес використання керованого комп’ютером верстата для виготовлення деталі з твердого матеріалу іншої форми.

ЧПК залежить від цифрових інструкцій, які зазвичай створюються в програмному забезпеченні автоматизованого виробництва (CAM) або автоматизованого проектування (CAD), наприклад SolidWorks або MasterCAM.Програмне забезпечення записує G-код, який може зчитувати контролер на верстаті з ЧПК.Комп’ютерна програма на контролері інтерпретує конструкцію та переміщує ріжучі інструменти та/або заготовку по кількох осях, щоб вирізати з заготовки бажану форму.Автоматизований процес різання набагато швидший і точніший, ніж ручне переміщення інструментів і заготовок, яке виконується за допомогою важелів і шестерень на старішому обладнанні.Сучасні верстати з ЧПК містять багато інструментів і виконують різні типи різів.Кількість площин руху (осей), а також кількість і типи інструментів, до яких машина може мати автоматичний доступ під час процесу обробки, визначають, наскільки складну заготовку може виготовити ЧПК.

Як користуватися верстатом з ЧПК?
Верстатники з ЧПК повинні отримати навички як програмування, так і обробки металу, щоб повною мірою використовувати потужність верстата з ЧПК.Технічні професійні школи та програми учнівства часто починають навчання на ручних токарних верстатах, щоб відчути, як різати метал.Машиніст повинен мати можливість передбачити всі три виміри.Сьогодні програмне забезпечення полегшує, ніж будь-коли, створення складних деталей, оскільки форму деталі можна намалювати віртуально, а потім програмне забезпечення може запропонувати шляхи руху інструментів для виготовлення цих деталей.

Тип програмного забезпечення, яке зазвичай використовується в процесі обробки з ЧПК
Автоматизоване креслення (CAD)
Програмне забезпечення САПР є відправною точкою для більшості проектів з ЧПК.Існує багато різних програмних пакетів САПР, але всі вони використовуються для створення проектів.До популярних програм САПР належать AutoCAD, SolidWorks і Rhino3D.Існують також хмарні рішення CAD, і деякі пропонують можливості CAM або інтегруються з програмним забезпеченням CAM краще, ніж інші.

Автоматизоване виробництво (CAM)
Верстати з ЧПК часто використовують програми, створені програмним забезпеченням CAM.CAM дозволяє користувачам налаштувати «дерево завдань», щоб організувати робочий процес, встановити траєкторії інструментів і запустити симуляцію різання, перш ніж машина виконає будь-яке справжнє різання.Часто програми CAM працюють як доповнення до програмного забезпечення САПР і генерують g-код, який повідомляє інструментам ЧПК і рухомим частинам заготовки, куди рухатися.Майстри програмного забезпечення CAM спрощують програмування верстатів з ЧПК, ніж будь-коли.Популярне програмне забезпечення CAM включає Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks і Solidcam.Згідно зі звітом за 2015 рік, на Mastercam і Edgecam припадає майже 50% частки ринку високоякісної CAM.

Що таке розподілене числове керування?
Пряме числове керування, яке стало розподіленим числовим керуванням (DNC)
Пряме числове керування використовувалося для керування програмами ЧПУ та параметрами машини.Це дозволяло програмам переміщатися по мережі з центрального комп’ютера на бортові комп’ютери, відомі як блоки керування машиною (MCU).Спочатку він називався «Пряме числове керування» і не потребував паперової стрічки, але коли комп’ютер вийшов з ладу, усі його машини вийшли з ладу.

Розподілене числове керування використовує мережу комп’ютерів для координації роботи кількох верстатів шляхом передачі програми на ЧПК.Пам'ять ЧПК зберігає програму, і оператор може збирати, редагувати та повертати програму.

Сучасні програми DNC можуть робити наступне:
● Редагування – можна запускати одну програму ЧПУ під час редагування інших.
● Порівняти – Порівняйте оригінальні та відредаговані програми ЧПУ поруч і перегляньте редагування.
● Перезапуск – якщо інструмент виходить з ладу, програму можна зупинити та перезапустити там, де вона була зупинена.
● Відстеження завдань – оператори можуть, наприклад, виконувати завдання та відстежувати налаштування та час роботи.
● Відображення креслень – показ фотографій, креслень CAD інструментів, пристосувань і деталей обробки.
● Розширені екранні інтерфейси – обробка одним дотиком.
● Розширене керування базою даних – організовує та підтримує дані, де їх можна легко отримати.

Збір даних про виробництво (MDC)
Програмне забезпечення MDC може містити всі функції програмного забезпечення DNC, а також збирати додаткові дані та аналізувати їх для загальної ефективності обладнання (OEE).Загальна ефективність обладнання залежить від наступного: Якість – кількість продуктів, які відповідають стандартам якості з усіх вироблених продуктів. Доступність – відсоток запланованого часу, протягом якого вказане обладнання працює або виробляє деталі. Продуктивність – фактична швидкість роботи порівняно із запланованою або ідеальною. швидкість обладнання.

OEE = Якість x Доступність x Продуктивність
OEE є ключовим показником ефективності (KPI) для багатьох механічних майстерень.

Рішення для моніторингу машин
Програмне забезпечення для моніторингу машини можна вбудувати в програмне забезпечення DNC або MDC або придбати окремо.Завдяки рішенням для моніторингу машин, машинні дані, такі як налаштування, час роботи та простої, автоматично збираються та поєднуються з людськими даними, такими як коди причин, щоб забезпечити як історичне, так і реальне розуміння того, як виконуються завдання.Сучасні верстати з ЧПК збирають до 200 типів даних, і програмне забезпечення для моніторингу машини може зробити ці дані корисними для всіх, від цеху до верхнього поверху.Такі компанії, як Memex, пропонують програмне забезпечення (Tempus), яке збирає дані з будь-якого типу верстатів з ЧПК і поміщає їх у стандартизований формат бази даних, який можна відобразити у значущих діаграмах і графіках.Стандарт даних, який використовується більшістю рішень для моніторингу машин і набув поширення в США, називається MTConnect.Сьогодні багато нових верстатів з ЧПК обладнані для надання даних у цьому форматі.Старі машини все ще можуть надавати цінну інформацію за допомогою адаптерів.Моніторинг верстатів з ЧПК став популярним лише за останні кілька років, і постійно розробляються нові програмні рішення.

Які є різні типи верстатів з ЧПК?
Сьогодні існує незліченна кількість різних типів верстатів з ЧПК.Верстати з ЧПК – це верстати, які ріжуть або переміщують матеріал, як запрограмовано на контролері, як описано вище.Тип різання може варіюватися від плазмового різання до лазерного різання, фрезерування, фрезерування та токарних верстатів.Верстати з ЧПК можуть навіть забирати та переміщати елементи на конвеєрі.

Нижче наведені основні види верстатів з ЧПК:
Токарні верстати:Цей тип ЧПК повертає заготовку і переміщує ріжучий інструмент до заготовки.Основний токарний верстат є 2-осьовим, але можна додати багато інших осей, щоб збільшити можливу складність різання.Матеріал обертається на шпинделі і притискається до шліфувального або різьбового інструменту, який надає бажану форму.Токарні верстати використовуються для виготовлення симетричних об’єктів, таких як сфери, конуси або циліндри.Багато верстати з ЧПК є багатофункціональними і поєднують у собі всі види різання.

Маршрутизатори:Фрезерні машини з ЧПК зазвичай використовуються для різання деревини, металу, листів і пластику великих розмірів.Стандартні фрезерні машини працюють за 3-осьовими координатами, тож вони можуть різати в трьох вимірах.Однак ви також можете придбати 4,5 та 6-осьові верстати для прототипів моделей і складних форм.

Фрезерування:Ручні фрезерні верстати використовують маховики та ходові гвинти для шарнірного з’єднання ріжучого інструменту з заготовкою.У верстаті з ЧПК ЧПК переміщує високоточні кулькові гвинти до точних запрограмованих координат.Фрезерні верстати з ЧПК мають широкий спектр розмірів і типів і можуть працювати на кількох осях.

Плазмові різаки:Плазмовий різак з ЧПУ використовує для різання потужний лазер.Більшість плазмових різаків вирізають запрограмовані форми з листа або пластини.

3D-принтер:3D-принтер використовує програму, щоб вказати йому, куди класти невеликі шматочки матеріалу для створення потрібної форми.3D-деталі будуються шар за шаром за допомогою лазера, щоб затвердіти рідина або потужність у міру зростання шарів.

Машина вибору та розміщення:Машина з ЧПК «підберіть і розмістіть» працює подібно до маршрутизатора з ЧПК, але замість того, щоб різати матеріал, машина має багато маленьких сопел, які збирають компоненти за допомогою вакууму, переміщують їх у потрібне місце та кладуть.Вони використовуються для виготовлення столів, материнських плат комп’ютерів та інших електричних вузлів (серед іншого).

Верстати з ЧПК можуть робити багато речей.Сьогодні комп’ютерну технологію можна поставити майже на машину, яку тільки можна уявити.ЧПК замінює людський інтерфейс, необхідний для переміщення деталей машини для отримання бажаного результату.Сучасні ЧПК здатні починати із сировини, наприклад із сталевого блоку, і виготовляти дуже складну деталь із точними допусками та дивовижною повторюваністю.

Збираємо все разом: як верстати з ЧПК виготовляють деталі
Керування ЧПК включає як комп’ютер (контролер), так і фізичне налаштування.Типовий процес машинного цеху виглядає так:

Інженер-конструктор створює проект у програмі САПР і надсилає його програмісту ЧПК.Програміст відкриває файл у програмі CAM, щоб вибрати необхідні інструменти та створити програму ЧПУ для ЧПК.Він або вона надсилає програму NC на верстат з ЧПК і надає оператору список правильного налаштування інструменту.Оператор установки завантажує інструменти відповідно до вказівок і завантажує вихідний матеріал (або заготовку).Потім він або вона запускає зразки деталей і вимірює їх за допомогою інструментів забезпечення якості, щоб переконатися, що верстат з ЧПК виготовляє деталі відповідно до специфікації.Як правило, оператор налагодження надає перший виріб у відділ якості, який перевіряє всі розміри та підписує налагодження.Верстат з ЧПК або пов’язані з ним верстати завантажуються достатньою кількістю сировини, щоб виготовити потрібну кількість деталей, а оператор верстата стежить за тим, щоб машина продовжувала працювати, виготовляючи деталі відповідно до специфікації.і має сировину.Залежно від роботи, часто можна запустити верстати з ЧПК без присутності оператора.Готові деталі автоматично переміщуються у визначену зону.

Сучасні виробники можуть автоматизувати практично будь-який процес, маючи достатньо часу, ресурсів і фантазії.Сировина може надходити в машину, а готові частини можуть виходити упакованими, готовими до роботи.Виробники покладаються на широкий спектр верстатів з ЧПК, щоб робити речі швидко, точно та економічно ефективно.