Перспективы развития систем чпу металлорежущих станков реферат

Обновлено: 05.07.2024

Металлорежущие станки должны отвечать постоянно возрастающим требованиям к оборудованию: обрабатывать новые материалы, конструкции заготовок и деталей; обеспечивать техническую и экологическую безопасность персонала и т.д. Всем этим требованиям должны удовлетворять станки для изготовления конкурентоспособной продукции в условиях рынка. Станочное оборудование из-за его высокой стоимости должно эффективно использоваться конкретным потребителем, что возможно только при условии его интенсивной эксплуатации с максимальным использованием фонда рабочего времени.

Несмотря на большое разнообразие конструкций металлорежущих станков, основные направления развития их потребительских свойств общие, вне зависимости от типа оборудования и выпускаемой им продукции. Для анализа перспектив развития металлорежущих станков выделим следующие тенденции.

Повышение производительности станка, оцениваемое уменьшением калькуляционного времени изготовления конкретных изделий, достигается путем сокращения основного времени (повышения режимов резания: увеличения частот вращения шпинделей и скоростей движения подач) и вспомогательного времени (автоматизации установки заготовки и снятия детали за счет применения промышленных роботов и автооператоров, повышения скорости холостых ходов, сокращения пути перемещения инструмента), уменьшения времени на переналадку оборудования (использования цифровой индикации и программного управления).

Повышение производительности обеспечивается также концентрацией операций на одном станке: для корпусных деталей — это обработка на одном станке заготовки с пяти сторон, для тел вращения — это полная обработка сложной профильной заготовки, включающая в себя помимо токарных, фрезерных, сверлильных (в том числе глубокого сверления) и другие операции. Перспективным является одновременное выполнение на таком станке операций внутреннего и наружного шлифования. При концентрации операций на одном станке совмещают во времени отдельные операции и переходы, используют комбинированные инструменты и инструментальные наладки.

Для работы на повышенных режимах резания и при концентрации операций станки будут иметь большую мощность привода главного движения при широком регулировании частоты вращения шпинделя во время рабочего цикла. Направляющие скольжения будут заменены направляющими качения. Компоновки станков будут изменяться так, чтобы можно было установить дополнительные узлы, обеспечить сход стружки и отвод СОЖ, предусмотреть кабинетную защиту от СОЖ, отсос пыли и газов. Кроме того, на станках автоматизированы процессы смены инструмента и контроля качества обработки.

Повышение точности обработки на станках. Стремительное совершенствование машиностроительной продукции, повышение мощности, быстроходности и точности машин, высокие требования к экологии окружающей среды и к надежности при функционировании машин сопровождаются постоянно растущими требованиями к точности размеров, формы и взаимного расположения обработанных поверхностей, волнистости и шероховатости поверхности обработанных на станках деталей.

Необходимо также обеспечивать стабильность указанных показателей во времени, учитывая, что обработка будет вестись с относительно меньшим участием человека. Для выполнения указанных требований будет повышаться точность изготовления основных деталей станка, точность сборки и регулировки, а также жесткость элементов, например шпиндельных узлов, износостойкость направляющих и опор, стабильность во времени размеров и формы базовых и корпусных деталей. Для повышения точности обработки на станках будут использовать специальные системы и устройства компенсации систематических погрешностей ходовых винтов, направляющих и других элементов станков. В станки будут встраивать устройства микропроцессорного управления и различные высокоточные датчики, имеющие высокую разрешающую способность: для линейных и угловых перемещений, контроля температуры, тензометрические преобразователи и другие элементы автоматики. Система управления точностью обработки на станке будет обеспечивать обратную связь привода через микропроцессорную систему управления. Наряду с индуктивными системами измерений предполагается использовать в станках оптоэлектронные, голографические и лазерные системы.

Достигаемая точность позиционирования на станках нормальной точности будет ± 1 мкм, а на высокоточных станках — ± 0,05 мкм.

Переналаживаемость станков (гибкость) — это способность их быстрой переналадки на изготовление различных изделий или для выполнения разных операций применительно к быстроизменяющимся требованиям производства.

Наиболее распространенным направлением в обеспечении переналаживаемости станков является применение в них систем ЧПУ типа CNC, построенных на базе ЭВМ (микропроцессора, мини- или микроЭВМ) с цветным дисплеем. Программное управление от ЭВМ обеспечивает сокращение времени на переналадку оборудования, автоматизацию подготовки управляющей программы (во многих случаях она выполняется на станке рабочим, во время обработки другой заготовки), возможность обработки сложных деталей, имеющих криволинейную поверхность. Дополнительными функциями систем управления типа CNC являются контроль перегрузок станка, стойкости и целости режущих инструментов и др.

Гибкость станков обеспечивается путем их оснащения разнообразными системами и приспособлениями, сокращающими время на переналадку и существенно расширяющими технические возможности станков. К ним относятся инструментальные магазины и револьверные головки для смены режущего инструмента, системы загрузки-разгрузки столов-спутников заготовками, применение промышленных роботов, накладных инструментальных головок, многошпиндельных головок, программно-управляемых плансуппортов, специальных зажимных приспособлений и многих других механизмов. Эти дополнительные устройства включают в гидравлическую и электрическую схемы станка, а также в про-граммно-управляющую систему.

повышением надежности компонентов станка (систем ЧПУ, программируемых контроллеров, приводов и других элементов);
встраиванием в станок подсистем автоматического диагностирования и индикации функционирования узлов и механизмов, а также станка в целом;
применением высокоэффективных и надежных устройств смазывания трущихся пар, использованием самосмазывающихся подшипников;
применением эффективных систем подачи, сепарирования и фильтрации СОЖ для отвода тепла из зоны резания, а также для смывания и транспортирования стружки.

Примеры автоматизированного оборудования, на котором должен будет работать станочник в начале XXI в., показаны на рис. 11.1 — 11.3. При изготовлении деталей типа диска 7 (рис. 11.1) используют гибкий производственный модуль (ГПМ) на базе токарного фронтального станка 3 с двумя шпинделями 5, мостового робота 1 с захватным устройством 4 и транспортно-накопительного устройства 2, представляющего собой этажерку 8, на которой находятся заготовки и обработанные детали. Управление станком осуществляется системой ЧПУ. Обслуживающий персонал получает информацию с помощью пульта 6, через который вводится программа обработки заготовки. Такой ГПМ оснащают устройствами для смены инструментов и зажимных элементов (или патронов), а также для автоматического зажима заготовок. На станке выполняется двусторонняя обработка заготовок путем их перестановки, включающая в себя токарные, фрезерные, сверлильные и резьбонарезные операции.

Рис. 11.1. Гибкий производственный модуль:
1 — мостовой робот; 2 — транспортно-накопительное устройство; 3 — токарный фронтальный станок; 4 — захватное устройство; 5 — шпиндели; 6 — пульт управления; 7 — деталь; 8 — этажерка

На рис. 11.2 показан многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточный станок для обработки корпусных деталей. По стойке 5 перемещается бабка 6 со шпинделем 7. Инструмент из магазина 3 манипулятором 4 передается в отверстие шпинделя. Стол 9 перемещается по станине 11. На столе расположено основание 8, на которое устанавливают приспособление-спутник 10 с закрепленной прихватами 1 заготовкой 2. Стойка может перемещаться вдоль станины в направлении Z. Управление станком осуществляется от системы ЧПУ и электроавтоматических устройств, расположенных в отдельных шкафах (на рис. они не показаны).

Рис. 11.2. Многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточный станок для обработки корпусных деталей:
1 — прихваты; 2 — заготовка; 3 — инструмент из магазина; 4 — манипулятор; 5 — стойка; 6 — бабка; 7 — шпиндель; 8 — основание; 9 — стол; 10 - приспособление-спутник; 11 — станина; X, Y и Z — направление осей координат

На рис. 11.3 показаны многоцелевые шлифовальные станки с ЧПУ типа CNC для наружного, внутреннего и профильного шлифования. На наклонной станине 1 установлена бабка изделия 2, на которой в патроне или в центрах закрепляют заготовку 3. Для обработки коротких деталей используют станки с четырехпозиционной револьверной головкой 4 (рис. 11.3, а), установленной на крестовом суппорте 5 и осуществляющей поворот в пределах 270° относительно оси В. Станок снабжен устройствами правки, люнетом и двухпозиционным измерительным устройством 6. Для обработки деталей типа валов станок оснащен двухпозиционной револьверной головкой 4 (рис. 11.3, б) и дополнительной осью D для задней бабки 7.

Рис. 11.3. Шлифовальные станки многоцелевые с четырехпозиционной (а) и двухпозиционной (б) револьверными головками:
1 — станина; 2 — бабка изделия; 3 — заготовка; 4 — револьверная головка; 5 — суппорт; 6 — двухпозиционное измерительное устройство; 7 — задняя бабка; X, Y и Z — направление осей координат шлифовального круга; В — ось поворота шлифовальной бабки; D — ось перемещения задней бабки; W — направление оси координат измерительного устройства

Станки с ЧПУ занимают основное место в общем парке оборудования. Особое внимание уделяется созданию металлорежущих станков с объединением функций сверлильно-фрезерно-расточного и токарного станков с ЧПУ, переходу на многошпиндельные конструкции. Открытая архитектура систем ЧПУ позволяет эффективно объединять их в сеть и увеличивать число выполняемых функций (например, мониторинг от центральной ЭВМ, диагностика, упрощение ввода управляющих программ на рабочем месте и т.д.).

Особого внимания заслуживает возможность объединения отдельных станков в группы по организационно-технологическому принципу благодаря управлению от одного компьютера. На рис. 11.4 приведена принципиальная схема типовой системы управления группой станков с ЧПУ (каждая единица оборудования оснащена компьютером). Наличие специальной системы обеспечивает взаимодействие оператора и оборудования. Персонал, обслуживающий оборудование через сети Интранет и Интернет, имеет также оперативную взаимосвязь для выполнения различных функций.

Рис. 11.4. Схема типовой системы управления оборудованием и производством:
1 — домашний офис руководителя фирмы; 2 — персональный компьютер; 3 — рабочий офис руководителя фирмы; 4 — канал передачи и получения информации через Интернет или Интранет; 5 — сервер системы; 6 — службы предприятия (плановая, ремонтная и др.); 7 — каналы связи; 8 — технологическое оборудование (станки и другое оборудование)

Новые возможности систем управления в целом привели к расширению возможностей СЧПУ станками. Так, СЧПУ серии Mazatrol 640 фирмы Yamazaki Mazak (Япония), показанная на станкостроительной выставке в Чикаго в 2000 г., была построена на базе персонального компьютера и обеспечивала программирование в диалоговом режиме, связь с внешними источниками информации, выбор режимов резания, регистрацию хода технологических операций. СЧПУ связаны через сеть Интернет с различными подразделениями фирмы (рис. 11.5).

11.Рис. 11.5. Схема взаимодействия СЧПУ станком фирмы Yamazaki Mazak (Япония) со службами и подразделениями завода:
1 — завод; 2 — различные станки, оснащенные СЧПУ серии Mazatrol Fusion 640-Т; 3 — различные станки, оснащенные СЧПУ серии Mazatrol Fusion 640-М; 4 — производственный центр завода; 5 — технический центр завода; 6 — отдел технического обслуживания; 7 — инструментальный отдел; 8 — отдел снабжения; 9 — отдел САПР (программный комплекс для решения задач CAD/CAM); 10 — офис директора завода; 11 — связь через Интранет; 12 — дирекция завода; 13 — телефонная линия Интернета

СЧПУ серии Mazatrol 640 отличаются преемственностью по отношению к предыдущим разработкам фирмы (завода).

В новых СЧПУ время программирования и длина сложных программ значительно меньше, чем в ранее применяемых. Например, благодаря использованию быстродействующего 64-разрядного RISC-процессора значительно сокращено время обработки информации, что способствует оптимизации траектории движения инструмента. Кроме того, достигается сокращение вспомогательного времени и повышение скорости резания; автоматически осуществляется расчет частоты вращения шпинделя и скорости подач, а также управление обработкой по значениям силы резания.

На экране пульта управления станком отображается ход технологической операции, текущая загрузка, нагрузка на шпиндель, число деталей, обработанных в единицу времени (день, неделю).

Предусмотрена функция автоматического выбора режима резания в соответствии с обрабатываемым материалом заготовки и информацией о текущем состоянии инструмента. Функция самообучения позволяет назначать оптимальный режим резания; в памяти СЧПУ регистрируются использованные режимы, принятые при обработке ранее для различных деталей, из которых в дальнейшем можно автоматически выбирать требуемый режим обработки.

Управление может осуществляться через Интранет или Интернет, по телефону из офиса или другого пункта. Соединение СЧПУ с системой управления производством завода по локальной сети позволяет выполнять следующие функции: генерирование УП, заказ на подготовку инструментов и зажимных приспособлений, управление производством, передачу данных, диагностику, оперативную техническую поддержку делопроизводства в цехе.

Перспективы развития профессии станочника. Тенденция к усложнению конструкции металлорежущих станков, изменение организации их эксплуатации, особенно в условиях малых предприятий, обусловили повышение требований к общеобразовательному и профессиональному уровню подготовки рабочих-станочников. Серьезное внимание уделяется положительной мотивации их труда, в которую включаются элементы творчества, ответственности за собственный труд и удовлетворения своей профессиональной деятельностью. Соотношение между физическим и умственным трудом достигнет 1:4. 1:7. Уровень знаний, изложенных в данном учебнике, недостаточен для обслуживания сложных современных станков и станочных систем. Для этого рабочему необходимо повышать свою квалификацию. Основными обязанностями станочника в ближайшем будущем станут: наладка и подналадка сложного, оснащенного ЧПУ оборудования; поддержание оборудования в состоянии, обеспечивающем выпуск изделий в требуемом количестве и заданного качества; контроль качества обработки и сдача продукции без ОТК. В процессе работы станочник будет выявлять и устранять неполадки в оборудовании с использованием диагностических устройств и специальных тестов, совместно со слесарями участвовать в текущем ремонте оборудования, вести статистическое наблюдение и по полученным данным управлять качеством выпускаемой продукции.

Работа оператора на станках с ЧПУ будет заключаться в смене управляющих программ, подналадке и смене инструментов, контроле качества обработки, загрузке заготовок на приемную позицию и снятии готовых изделий, а при необходимости — в выполнении слесарных и сборочных операций и др. Функции оператора будут приближаться к функциям наладчика станков с ЧПУ.

Центральной фигурой в механическом цехе будет рабочий-станочник — организатор и руководитель данного участка производства. Его ответственность и права будут столь широки, что он сможет остановить производство из-за брака или других технических причин. От его знаний, инициативы, умения быстро ориентироваться и принимать правильные организационно-технические решения в большой степени будет зависеть нормальная эксплуатация оборудования, его производительность и качество выпускаемой продукции.

Рабочий-станочник в совершенстве должен знать конструкцию обслуживаемого оборудования, всех его узлов и механизмов (механических, электрических, гидравлических, электронных); уметь разрабатывать технологию обработки деталей, выбирать режимы резания; настраивать управляющие программы; квалифицированно производить наладку станка в возможно короткое время.

Фактически труд станочника становится аналогичен труду техника и инженера, поэтому рабочий-станочник должен постоянно повышать свой общеобразовательный и профессиональный уровень. Усложнение металлорежущих станков и высокие требования к обеспечению эффективного использования дорогостоящего оборудования (станки с ЧПУ и др.) приведут к тому, что функции высококвалифицированного рабочего-станочника будет выполнять инженер. Организация, где трудится рабочий-станочник (вне зависимости от форм ее собственности), должна организовывать дифференцированное обучение с учетом потребностей производства.

В США обучение специалистов для станкостроительных предприятий часто строится в два этапа: общую подготовку (в том числе теоретическую) дает учебное заведение, а специальную — фирма, в которой будет работать специалист.

Используется и другой метод. Например, фирма, изготавливающая высокоточные оптические прицелы, закупает новые станки компании Index (США) и готовит операторов для работы на них. План закупки станков известен задолго до их приобретения. Компания Index заранее передает учебному заведению заказанные станки на 12. 18 мес для обучения операторов. Таким образом, завод-пользователь к моменту поступления новых станков имеет подготовленных операторов.

Стремительное совершенствование машиностроительной продукции, повышение мощности, быстроходности и точности машин, высокие требования к экологии окружающей среды и к надежности при функционировании машин сопровождаются постоянно растущими требованиями к точности размеров, формы и взаимного расположения обработанных поверхностей, волнистости и шероховатости поверхности обработанных на станках деталей.

Для повышения точности обработки на станках будут использовать специальные системы и устройства компенсации систематических погрешностей ходовых винтов, направляющих и других элементов станков. В станки будут встраивать устройства микропроцессорного управления и различные высокоточные датчики, имеющие высокую разрешающую способность: для линейных и угловых перемещений, контроля температуры, тензометрические преобразователи и другие элементы автоматики. Система управления точностью обработки на станке будет обеспечивать обратную связь привода через микропроцессорную систему управления. Наряду с индуктивными системами измерений предполагается использовать в станках оптоэлектронные, голографические и лазерные системы.

Наиболее распространенным направлением в обеспечении переналаживаемости станков является применение в них систем ЧПУ типа CNC, построенных на базе ЭВМ (микропроцессора, мини-или микроЭВМ) с цветным дисплеем. Программное управление от ЭВМ обеспечивает сокращение времени на переналадку оборудования, автоматизацию подготовки управляющей программы (во многих случаях она выполняется на станке рабочим, во время обработки другой заготовки), возможность обработки сложных деталей, имеющих криволинейную поверхность. Дополнительными функциями систем управления типаCNC являются контроль перегрузок станка, стойкости и целости режущих инструментов и др.

Повышение надежности работы станков обеспечивается проведением следующих мероприятий:

• повышением надежности компонентов станка (систем ЧПУ, программируемых контроллеров, приводов и других элементов);

• встраиванием в станок подсистем автоматического диагностирования и индикации функционирования узлов и механизмов, а также станка в целом;

• применением высокоэффективных и надежных устройств смазывания трущихся пар, использованием самосмазывающихся подшипников;

• применением эффективных систем подачи, сепарирования и фильтрации СОЖ для отвода тепла из зоны резания, а также для смывания и транспортирования стружки.

Усложнение металлорежущих станков и высокие требования к обеспечению эффективного использования дорогостоящего оборудования (станки с ЧПУ и др.) приведут к тому, что функции высококвалифицированного рабочего-станочника будет выполнять инженер.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Городское соревнование юных исследователей

Исследовательская работа

Ромазова Виктория, ученица 5 класса

средней школы №31

Лыбина Виктория Романовна,

средняя школа №31

Многое из того, что мы видим в окружающем нас материальном мире, изготовлено при помощи станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Использование возможностей электроники и вычислительной техники для эффективного и оптимального управления промышленным оборудованием позволило повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции. А при массовом производстве - значительно снизить затраты на ее изготовление.

Так как станки с ЧПУ применяются уже во многих видах производства и есть в нашей школе, мы решили изучить данные станки, их применение в обучении и интересна ли школьникам работа со станками с ЧПУ.

Проблема нашего исследования в том, обучающиеся не обладают знаниями о станках ЧПУ и им, кажется, что применение станков возможно только на производстве.

Цель исследования ознакомить обучающихся со станками ЧПУ и их сферами применения в школе.

Гипотеза заключается в том, что можно более широко знакомить учеников со станками с числовым программным управлением и тем самым привлечь их к техническому направлению.

Новизна проекта заключается в том, что изучение данной темы еще не до конца раскрыто и мы собрали информацию о станках с ЧПУ, и изучили сферы применения, именно в школе.

Предметом нашего исследования является станки с числовым программным управлением.

Объект исследования, применение станков с числовым программным управлением в школе.

· изучение специальной литературы и интернет источников;

· поиск и отбор необходимой информации из научно-популярной литературы, Интернета;

· сравнительный анализ ручной обработки детали и с применением станка с ЧПУ;

Этапы проведения проекта:

I - подготовительный. Работа в библиотеке, в интернете, подборка и чтение литературы о станках с числовым программным управлением.

II - исследовательский. Изучить историю развития станков с числовым программным управлением. Изучить источники, содержащие информацию о применении станков с числовым программным управлением. Провести анкетирование среди обучающихся 5,7 классов. Изучить как обрабатывается деталь вручную и с помощью станка с ЧПУ.

III - заключительный. Провести анализ анкет и сравнительный анализ изготовления детали вручную и на станке ЧПУ. Создать банк фото материалов по теме. Представить проект.

Основоположником систем с числовым программным управлением считается Джон Т. Парсонс, Массачусетского технологического института. В конце 40-х годов он разработал оборудование для кодирования управляющей программы на перфокартах. Программа управляла приводами подач фрезерного станка. В 1948 г. система была принята в эксплуатацию в военной авиапромышленности США, первый коммерческий вариант системы стал доступен в 1952 году.

Дальнейшее развитие шло по пути модернизации аппаратной части (электронные лампы-транзисторы-интегральные микросхемы), повышения точности, добавления функциональности. Параллельно шло и развитие методов и языков программирования для оборудования с ЧПУ.

Начало массовой эксплуатации станков с ЧПУ относится к концу 50-х годов, и именно станки с ЧПУ можно отнести к самому крупному и перспективному достижению в средствах металлообработки ХХ века. Научно-технический прогресс, в свою очередь, сопровождается ускорением морального устаревания изделий, что привело к необходимости частой переналадки производства с одного вида изделия на другое. Так, уже во второй половине XX века доминирующим типом производства становится средне- и мелкосерийное, что обусловило потребность в автоматизации в металлообработке и, в свою очередь, развитие программного управления для станков. Характерной чертой являлось также сокращение сроков внедрения новых разработок в серийное производство [5].

Создание систем ЧПУ явилось своеобразным переломным моментом в развитии станкостроения, началом качественно нового этапа: сочетанием высокой производительности, присущей специальным станкам и станкам-автоматам, с гибкостью, свойственной универсальному оборудованию, что сделало станки с ЧПУ главным средством автоматизации мелко и среднесерийного производств. Использование высокопрочных и труднообрабатываемых сталей породило новые методы их обработки, обеспечение оптимальных режимов работы станков для обработки этих сталей также приводило к необходимости введения ЧПУ. Улучшение режущих материалов (создание металлокерамического и твердосплавного инструмента, развитие методов скоростного силового шлифования и т.п.) позволило увеличить скорости резания до величин, при которых ручное управление станком стало во многих случаях либо невозможным, либо требующим высокой квалификации станочника [2].

2. Виды станков с ЧПУ

Давайте, рассмотрим, что такое ЧПУ и виды станков с ЧПУ.

Числовое программное управление - область техники, связанная с применением цифровых вычислительных устройств для управления производственными процессами [4].

В отличие от стандартного персонального компьютера, который является универсальным устройством для обработки информации и способен работать с любыми данными, представленными в цифровом виде, микропроцессор, используемый в конструкции многих станков с ЧПУ, - устройство специализированное. Он не содержит ничего лишнего, и весь набор его функций предназначен для выполнения главной задачи – контроля состояния всех исполнительных органов станка и управления их работой по специальной программе. Чтобы управлять особо сложными современными станками, применяют более производительные и многозадачные устройства – промышленные компьютеры [1].

Несмотря на то, что все современные станки управляются с компьютера (ноутбука, стойки с экраном и кнопками), они радикально отличаются между собой по назначению, инструменту, типу сырья для работы и еще некоторым факторам.

Наиболее часто используется следующие разновидности станочного оборудования, и, если распределить их по степени популярности, список будет выглядеть следующим образом:

Фрезерные станки. Многочисленная группа оборудования, предназначенная для выполнения различных операций с большим ассортиментом материалов. Это могут быть металлы, дерево, пластики, воск, пенопласт, гипс, кожа, камень, стекло и т. д. Рабочий инструмент (фреза) выполнен из металла и оснащен остро заточенными гранями, кромками или зубцами.

На фрезере можно сверлить, фрезеровать, гравировать, торцевать, шлифовать поверхности, растачивать отверстия, нарезать зубцы и выполнять еще множество операций инструментами, подходящими для этих целей.

Станки такого плана широко используют в металлообработке, работе с камнем, ювелирном деле, рекламном бизнесе, но особенно популярны они во всех сферах, связанных с обработкой древесины. Мебельное производство, изготовление лестниц, беседок, входных и межкомнатных дверей, выпуск изделий бытового и декоративно-прикладного характера, создание интерьерных украшений (большие и малые статуи, настенные панно с 3D-барельефами и тому подобное), производство подарков, сувениров и прочих изделий.

Лазерно-гравировальное оборудование. Лазерные аппараты являются главными конкурентами фрезерных станков и активно борются с ними за первое место в списке лидеров. Небольшое отставание объясняется лишь ощутимой пока еще разницей в стоимости между двумя типами устройств.

Достоинств у станков лазерной группы намного больше, чем у фрезеров. Сюда входит более высокая скорость, абсолютная точность обработки, единый режущий инструмент для всех типов операций, бесшумность и безотходность, отсутствие физического контакта с поверхностью, более широкий спектр материалов.

Главным и единственным инструментом лазерных станков выступает поток частиц высокой температуры. Линза, помещенная в инструментальную головку над рабочей поверхность, фокусирует поток в тончайший лазерный луч с малым диаметром и очень большой концентрацией мощности в зоне обработки. На поверхности материала лазер выглядит как крохотная точка, однако малые габариты совсем не мешают лучу мгновенно прожигать насквозь древесину, металлы и стекло. Помимо этих поверхностей лазерные станки подходят для обработки бумаги, картона, тканей и нетканых материалов, меха, пленки, пластмасс, резины и т. д. Луч может не только резать, но и сверлить, гравировать, маркировать материалы, сваривать металлические поверхности.

Сфера применения лазерного оборудования с ЧПУ не менее широка, чем у фрезерных аппаратов и включает в себя те же самые области, дополненные легкой промышленностью, упаковочным и сувенирным производством, изготовлением печатей, уплотнительных прокладок, электронных плат, виниловых наклеек и т. д. [8]

Режущие плоттеры с ЧПУ. Станки-плоттеры с компьютерным управлением стали настоящим спасением для типографских мастерских, швейных ателье и прочих предприятий, работа которых связана с раскроем тонких и деликатных материалов. Это могут быть виниловые пленки, кожа, бумага, картон, ткани и прочие им подобные поверхности.

Особенностью плоттеров, которые называют также каттерами, является режущий инструмент, который и дал оборудованию второе название. Он представляет собой острейший нож, закрепленный над рабочей зоной, который, в зависимости от типа, может перемещаться только в горизонтальной плоскости, совершать возвратно-поступательные движения или вращаться во всех направлениях.

Плоттерное оборудование предназначено для работы с листовыми и рулонными материалами и используется для обычного и сложноконтурного раскроя, вырезания аппликаций, узоров, надписей и виниловых наклеек [2].

Токарные станки. Токарная техника с ЧПУ выполняет обработку металлов и материалов с жестким корпусом. За счет вращательных движений рабочего инструмента возможна расточка, нарезка резьбы, подрезание отверстий. Различные типы станков позволяют разрабатывать уникальные модели в едином образце или масштабно производить детали сложной формы.

В нашей школе на уроках технологии мы изучаем и работаем на токарном и фрезерном станках с ЧПУ. Поэтому рассмотрим их более подробно.

Фрезерные станки с ЧПУ (см. приложение 1)

Заготовка удерживается неподвижно прямо на станине станка или в тисках.
Материал удаляется из заготовки с помощью режущих инструментов - фрез или свёрл, которые вращаются с высокой скоростью.
Инструменты прикреплены к шпинделю, который может двигаться вдоль трех линейных осей.

Трех-осевые фрезерные станки с ЧПУ - самые широко известные. Их используют в основном для производства самых распространенных геометрий. Относительно просты в программировании и эксплуатации, поэтому затраты на обработку, относительно невелики [7].

Доступ к инструменту, при фрезеровке с ЧПУ ограничен конструкцией. Поскольку есть только три оси для работы, некоторые области заготовки могут быть недоступны. В целом – это не большая проблема, если заготовку нужно вращать только один раз. Но если требуется несколько вращений, затраты на обработку могут быстро увеличиться.

может производить большинство деталей с простой геометрией;
высокая точность.

есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии;
ручное перемещение заготовки снижает достижимую точность.

Токарные станки с ЧПУ (см. приложение 2). Заготовка удерживается на шпинделе при вращении с высокой скоростью. Режущий инструмент или центральное сверло обрабатывает внешний или внутренний периметр детали, образуя геометрию. Инструмент не вращается. Он движется радиально и продольно.

Токарные станки с ЧПУ широко используются, потому что с их помощью можно производить детали с гораздо большей скоростью и с меньшими затратами на единицу, чем на таких же станках без поворотного устройства. Это особенно актуально для больших объемов работы.

Основное ограничение конструкции токарных станков с ЧПУ заключается в том, что они могут изготавливать только детали с цилиндрическим профилем (например, винты или шайбы). Чтобы преодолеть это ограничение, детали часто подвергаются фрезерной обработке с ЧПУ на отдельном этапе. В качестве альтернативы, используются 5и-осевые токарно-фрезерные станции с ЧПУ. С их помощью можно добиться нужных результатов за один процесс [1].

самая низкая стоимость за деталь на выходе, чем при других способах обработки с ЧПУ;
очень высокие производственные возможности.

может производить только детали с симметрией и простой геометрией.

Четвертый вопрос 15 % обучающиеся ответили, что изучать в школе такие станки не нужно, 85 % обучающихся ответили, что нужно. Мы лично их спросили почему не нужно изучать в школе и многие ответили, что данные станки дорогостоящие и применяются на производстве. И мы заинтересовались данным мнением и выяснили, что данный станок необязательно покупать, для домашних мастерских его можно собрать самостоятельно. Ниже представлены модель и собранный фрезерного станка с ЧПУ в домашних условиях [3].

Для чего же придуманы станки с ЧПУ, если человек вручную тоже может обрабатывать детали? Мы решили сравнить в чем же отличие станка ЧПУ и ручной обработкой детали.

Сравнение станка ЧПУ и ручной обработки детали

Критерии оценивания

Ручная обработка

Скорость изготовления изделия

Для каждого действия нужно разное оборудование.

Умеет менять режущие инструменты, оператору не требуется вручную перенастраивать оборудование.

На скорость изготовления влияют навыки оператора и другие факторы

Затрачивает одинаковое количество времени на создание одного вида деталей

Точность обработки деталей

Присутствует человеческий фактор, усталость, невнимательность.

Оператору достаточно однажды написать программу, чтобы каждый раз получать одинаковый результат. Изготавливают детали с точностью до микрон.

Работа со сложными деталями.

Требуются навыки оператора для изготовления деталей сложной геометрической форм. Например, для изготовления симметричных отзеркаленных частей.

Справляется с деталями любой сложности.

Если нужно в короткие сроки изготовить 5 деталей, нужно 5 работников.

Для наблюдения за автоматизированным производством достаточно 2-4 операторов. Знающий специалист за 10 минут сможет обслужить несколько станков с ЧПУ.

Современные технологии позволяют оптимизировать производство, повысить качество изготовления изделий. С течением времени возросли и мощности станков с ЧПУ. Компьютеризированные системы становятся технологичнее. Действительно применение станок ЧПУ значительно сокращает время работы и улучшает качество и точность изготовления изделия.

Применение станков с ЧПУ в образовательных организациях позволяет создать многопрофильное дополнительное образование по изготовлению моделей самолетов, кораблей, транспортной техники, игрушек и мебели для детских садов, сувениров с национальным колоритом и др. Позволит расширить образовательные услуги учащимся и жителям города, детям – инвалидам.

Молодежь и подростки с ограниченными физическими возможностями получат прекрасный шанс выразить свой внутренний мир на языке творчества, реализовать способности и продемонстрировать талант так как работа на токарных станках автоматизирована. Занятия в технических направлениях морально поддерживают ребят, помогают им обрести уверенность в себе, преодолеть барьер отчуждения и стать полноценными членами общества.

В процессе работы станка, учащиеся близко знакомятся с востребованными профессиями нашего города, определяют свое отношение к ним и пробуют силы в данном направлении.

Внедрение станка ЧПУ на уроках технологии позволит:

• облегчить точность изготовление деталей в моделизме;

• повысить качество образования;

• расширит знания учащихся,

• улучшит качество изготовленной продукции.

Станки с ЧПУ прочно вошли в нашу жизнь и стали незаменимыми помощниками человека в производственной деятельности. Без этих систем было бы невозможно изготавливать многие, успевшие стать привычными и обыденными вещи. Причем все необходимые детали станки под управлением ЧПУ обрабатывают быстро и качественно, с недостижимой ранее точностью. Изучив литературу по данной темы, мы можем сделать вывод, что за счет активного знакомства с принципом работы настоящих станков с ЧПУ ученики непосредственно соприкасаются с проектированием, моделированием и производством заготовок, программированием и управлением, поэтому могут адекватно оценивать перспективы будущей профессии.

Использование настоящего токарного или фрезеровального оборудования на школьных уроках или дополнительных занятиях позволяет приблизить образовательный процесс к реальным производственным условиям, погрузить школьников в нюансы реальных технологических процессов, знакомит с профессиями токарь, фрезеровщик, инженер, оператор ЧПУ.

1. Перспективы развития оборудования с ЧПУ на основе расширения технологических возможностей

2. Числовое программное управление

Оборудование с ЧПУ может быть представлено:
станочным парком, например, станками (станки, оборудованные числовым
программным управлением, называются станками с ЧПУ) для обработки
металлов (например, фрезерные или токарные), дерева, пластмасс;
приводами асинхронных электродвигателей, использующих векторное
управление;
характерной системой управления современными промышленными
роботами;
периферийные устройства, например: 3D-принтер, 3D-сканер.

3. Направление развития

Для анализа перспектив развития металлорежущих станков выделим
последующие тенденции:
увеличение производительности станка,
увеличение мощности,
увеличение быстроходности,
увеличение точности машин,
увеличение надежности,
увеличение стабильности.

4. Совмещение функций

Станки с ЧПУ занимают основное место в общем парке оборудования.
Повышенное внимание уделяется созданию металлорежущих станков с
объединением функций сверлильно-фрезерно-расточного и токарного станков с
ЧПУ, переходу на многошпиндельные конструкции. Открытая архитектура систем
ЧПУ позволяет отлично соединять их в сеть и наращивать число выполняемых
функций (к примеру, мониторинг от центральной ЭВМ, диагностика, упрощение
ввода управляющих программ на рабочем месте и т.д.).
Особенного внимания заслуживает возможность объединения
отдельных станков в группы по организационно-технологическому принципу
благодаря управлению от 1-го компьютера. Наличие
специальной системы обеспечивает взаимодействие оператора и оборудования.
Персонал, обслуживающий оборудование через сети Интранет и Веб, имеет также
оперативную связь для выполнения разных функций.

5. Квалификация персонала

Тенденция к усложнению конструкции металлорежущих станков,
изменение организации их эксплуатации, особенно в условиях малых
предприятий, обусловили повышение требований к общеобразовательному и
профессиональному уровню подготовки рабочих-станочников.

6. Выводы

Из этого следует, что расширение технологических возможностей
приведёт к:
увеличение производительности оборудования,
переквалификации работников, работающих с этим оборудованием,
также к комплексности оборудования т.е. к увеличению функциональных
возможностей оборудования с ЧПУ,
к повышению уровня квалификации работников с оборудованием.

Читайте также: