Что нужно знать о фрезерных станках с ЧПУ?

ВВЕДЕНИЕ

Фрезерный станок с ЧПУ - это комплект станков, траекториями инструмента которого можно управлять с помощью числового программного управления. Это машина с компьютерным управлением для резки различных твердых материалов, таких как дерево, композит, алюминий, сталь, пластмассы и пенопласт. Это один из многих видов инструментов, которые имеют варианты с ЧПУ. Фрезерный станок с ЧПУ по концепции очень похож на фрезерный станок с ЧПУ.

Фрезерные станки с ЧПУ бывают разных конфигураций, от небольших домашних «настольных» фрезерных станков с ЧПУ до больших «портальных» фрезерных станков с ЧПУ, используемых на предприятиях по производству лодок. Несмотря на то, что существует множество конфигураций, большинство маршрутизаторов с ЧПУ имеют несколько определенных частей:специальный контроллер ЧПУ, один или несколько двигателей шпинделя, инверторы переменного тока и стол.

Фрезерные станки с ЧПУ обычно доступны в 3-осевом и 5-осевом форматах с ЧПУ.

Фрезерный станок с ЧПУ управляется компьютером. Координаты загружаются в контроллер станка из отдельной программы. Владельцы фрезерных станков с ЧПУ часто имеют два программных приложения:одно для создания чертежей (CAD), а другое - для преобразования этих проектов в программу инструкций для станка (CAM). Как и фрезерные станки с ЧПУ, фрезерные станки с ЧПУ могут управляться напрямую с помощью ручного программирования, но CAD / CAM открывает более широкие возможности для контурной обработки, ускорения процесса программирования и в некоторых случаях создания программ, ручное программирование которых было бы, если не действительно невозможно, то определенно коммерчески непрактично.

Фрезерные станки с ЧПУ могут быть очень полезны при выполнении идентичных повторяющихся работ. Фрезерный станок с ЧПУ обычно обеспечивает стабильную и качественную работу и повышает производительность предприятия.

Фрезерный станок с ЧПУ может снизить количество отходов, частоту ошибок и время, необходимое для вывода готового продукта на рынок.

Фрезерный станок с ЧПУ обеспечивает большую гибкость производственного процесса. Его можно использовать в производстве множества различных предметов, таких как резьба на дверях, предметы интерьера и экстерьера, деревянные панели, вывески, деревянные рамы, молдинги, музыкальные инструменты, мебель и т. Д. Кроме того, фрезерный станок с ЧПУ упрощает термоформование пластмасс за счет автоматизации процесса обрезки. Фрезерные станки с ЧПУ помогают обеспечить повторяемость деталей и достаточную производительность на заводе.

ЧИСЛОВОЙ КОНТРОЛЬ

Технология числового управления в том виде, в котором она известна сегодня, возникла в середине 20 века. Здесь можно проследить 1952 год, ВВС США, имена Джона Парсонса и Массачусетского технологического института в Кембридже, Массачусетс, США. В промышленном производстве он не применялся до начала 1960-х годов. Настоящий бум пришел на ЧПУ примерно в 1972 году, а десять лет спустя - с появлением доступных микрокомпьютеров. История и развитие этой увлекательной технологии подробно описаны во многих публикациях.

В области производства, особенно в области металлообработки, технология числового программного управления произвела революцию. Даже в те дни, когда компьютеры не стали стандартным оборудованием в каждой компании и во многих домах, станки, оснащенные системой числового программного управления, нашли свое особое место в механических цехах. Недавняя эволюция микроэлектроники и непрекращающаяся разработка компьютеров, в том числе ее влияние на числовое программное управление, привели к значительным изменениям в производственном секторе в целом и в металлообрабатывающей промышленности в частности.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛОВОГО КОНТРОЛЯ

В различных публикациях и статьях на протяжении многих лет использовалось множество описаний, чтобы определить, что такое числовое управление. Многие из этих определений имеют одну и ту же идею, одну и ту же основную концепцию, только используют разные формулировки.

Большинство всех известных определений можно свести к относительно простому утверждению:

Числовое управление можно определить как работу станков с помощью специально закодированных инструкций для системы управления станком.

Инструкции представляют собой комбинации букв алфавита, цифр и выбранных символов, например десятичной точки, знака процента или скобок. Все инструкции написаны в логическом порядке и в заранее определенной форме. Набор всех инструкций, необходимых для обработки детали, называется программой ЧПУ, программой ЧПУ или программой обработки детали. Такую программу можно сохранить для будущего использования и многократно использовать для достижения идентичных результатов обработки в любое время.

ЧПУ и технологии ЧПУ

При строгом соблюдении терминологии существует разница в значении сокращений NC и CNC. NC означает порядок и оригинальную технологию числового управления, в то время как аббревиатура CNC означает новую технологию компьютеризированного числового управления, современное развитие ее более старого родственника. Однако на практике предпочтительным сокращением является ЧПУ. Чтобы прояснить правильное использование каждого термина, взгляните на основные различия между системами ЧПУ и ЧПУ.

Обе системы выполняют те же задачи, а именно манипулирование данными с целью обработки детали. В обоих случаях внутренняя структура системы управления содержит логические инструкции, обрабатывающие данные. На этом сходство заканчивается.

Система ЧПУ (в отличие от системы ЧПУ) использует фиксированные логические функции, встроенные и постоянно подключенные к блоку управления. Эти функции не могут быть изменены ни программистом, ни оператором станка. из-за фиксированного написания логики управления система управления ЧПУ может интерпретировать программу обработки детали, но не позволяет вносить какие-либо изменения вне системы управления, как правило, в офисной среде. Также система ЧПУ требует обязательного использования перфоленты для ввода программной информации.

Современная система ЧПУ, но не старая система ЧПУ, использует внутренний микропроцессор (то есть компьютер). Этот компьютер содержит регистры памяти, в которых хранятся различные процедуры, способные управлять логическими функциями. Это означает, что программист или оператор станка могут изменить программу управления (на станке) с мгновенными результатами. Такая гибкость является самым большим преимуществом систем ЧПУ и, вероятно, ключевым элементом, способствовавшим такому широкому использованию технологии в современном производстве. Программы ЧПУ и логические функции хранятся на специальных компьютерных микросхемах в виде программных инструкций. Он управляет логическими функциями, а не используется аппаратными соединениями, такими как провода. В отличие от системы ЧПУ, система ЧПУ является синонимом термина "softwired".

При описании конкретной темы, относящейся к технологии числового программного управления, принято использовать термин NC или CNC. Имейте в виду, что NC может также означать ЧПУ в повседневном разговоре, но ЧПУ никогда не может относиться к технологии заказа, описанной здесь под аббревиатурой NC. Буква «C» означает компьютеризированный, и это не применимо к проводной системе. Все производимые сегодня системы управления - это системы ЧПУ. Такие сокращения, как C&C или C’n’C, неверны и плохо отражаются на тех, кто их использует.

Терминология

Абсолютный ноль

Это относится к положению всех осей, когда они находятся в точке, где датчики могут их физически обнаружить. абсолютное нулевое положение обычно достигается после выполнения команды исходного положения.

Ось

Фиксированная опорная линия, относительно которой объект перемещается или вращается.

Шарико-винтовая передача

Шарико-винтовая передача - это механическое устройство для преобразования вращательного движения в поступательное. он состоит из гайки рециркулирующего шарикоподшипника, которая вращается в прецизионном винте с резьбой.

CAD

Компьютерное проектирование (САПР) - это использование широкого спектра компьютерных инструментов, которые помогают инженерам, архитекторам и другим профессионалам в области дизайна в их дизайнерской деятельности.

CAM

Автоматизированное производство (CAM) - это использование широкого спектра компьютерных программных инструментов, которые помогают инженерам и станочникам с ЧПУ в производстве или прототипировании компонентов продукта.

ЧПУ

Аббревиатура ЧПУ расшифровывается как числовое программное управление и относится, в частности, к компьютерному «контроллеру», который считывает инструкции G-кода и управляет станком.

Контроллер

Система управления - это устройство или набор устройств, которые управляют, управляют, направляют или регулируют поведение других устройств или систем.

Дневной свет

Это расстояние между самой нижней частью инструмента и поверхностью стола станка. Максимальный дневной свет - это расстояние от стола до наивысшей точки, до которой может дотянуться инструмент.

Буровые установки

Эти наборы сверл, также известные как многосверла, обычно расположены с шагом 32 мм.

Скорость подачи

Или скорость резания - это разница в скорости между режущим инструментом и поверхностью детали, на которой он работает.

Смещение приспособления

Это значение, которое представляет собой опорный ноль данного прибора. он соответствует расстоянию по всем осям между абсолютным нулем и нулевой точкой крепления.

G-код

G-код - это общее название языка программирования, который управляет станками с ЧПУ и ЧПУ.

На главную

Это запрограммированная контрольная точка, также известная как 0,0,0, представленная либо как абсолютный ноль станка, либо как ноль смещения приспособления.

Линейная и круговая интерполяция - это метод построения новых точек данных из дискретного набора известных точек данных. Другими словами, таким образом программа будет вычислять траекторию резания полного круга, зная только центральную точку и радиус.

Дом машины

Это положение по умолчанию для всех осей на станке. При выполнении команды возврата в исходное положение все приводы перемещаются к своим положениям по умолчанию, пока не достигнут переключателя или датчика, который приказывает им остановиться.

Вложение

Это относится к процессу эффективного изготовления деталей из листов. Используя сложные алгоритмы, программное обеспечение для раскроя определяет, как раскладывать детали таким образом, чтобы максимально использовать имеющиеся запасы.

Смещение

Это расстояние от центральной линии, измеренное программным обеспечением CAM.

Дополнительные инструменты

Этот термин используется для обозначения пневматических инструментов, которые устанавливаются рядом с главным шпинделем.

Постпроцессор

Программное обеспечение, обеспечивающее некоторую окончательную обработку данных, такую ​​как форматирование для отображения, печати или обработки.

Программа ноль

Это контрольная точка 0,0, указанная в программе. в большинстве случаев он отличается от машинного нуля.

Рейка и шестерня

Рейка и шестерня - это пара шестерен, которые преобразуют вращательное движение в поступательное.

Шпиндель

Шпиндель - это высокочастотный двигатель, оснащенный приспособлением для удержания инструмента.

Спойлборд

Она также известна как жертвенная доска, это материал, используемый в качестве основы для разрезаемого материала. он может быть изготовлен из множества различных материалов, среди которых наиболее распространены МДФ и ДСП.

Загрузка инструмента

Это относится к давлению, оказываемому на инструмент, когда он прорезает материал.

Скорость инструмента

Это также называется скоростью шпинделя, это частота вращения шпинделя станка, измеряемая в оборотах в минуту (об / мин).

Инструменты

Инструментальная оснастка, как ни удивительно, часто является наименее понятным аспектом оборудования с ЧПУ. учитывая, что это единственный элемент, который больше всего влияет на качество и скорость резки, операторы должны уделять больше времени изучению этого предмета.

Режущие инструменты обычно бывают из трех разных материалов; быстрорежущая сталь, карбид и алмаз.

Быстрорежущая сталь (HSS)

HSS является самым острым из трех материалов и наименее дорогим, однако он изнашивается быстрее всего и должен использоваться только с неабразивными материалами. он требует частой замены и заточки, и по этой причине он используется в основном в тех случаях, когда оператору необходимо самостоятельно вырезать индивидуальный профиль для специальной работы.

Твердый сплав

Твердосплавные инструменты бывают разных форм:с твердосплавными пластинами, твердосплавными пластинами и твердосплавными инструментами. Имейте в виду, что не все карбиды одинаковы, поскольку кристаллическая структура сильно различается у производителей этих инструментов. в результате эти инструменты по-разному реагируют на тепловые, вибрационные, ударные и режущие нагрузки. как правило, недорогие стандартные твердосплавные инструменты изнашиваются и выкрашиваются быстрее, чем инструменты более дорогих марок.

Кристаллы карбида кремния внедряются в кобальтовую связку и образуют инструмент. Когда инструмент нагревается, кобальтовая связка теряет способность удерживать кристаллы карбида и тускнеет. в то же время пустота, оставленная отсутствующим карбидом, заполняется загрязнениями из разрезаемого материала, что усиливает процесс затупления.

Алмазный инструмент

Эта категория инструментов подешевела за последние пару лет. его замечательная стойкость к истиранию делает его идеальным для резки таких материалов, как ламинат высокого давления или МДФ. некоторые утверждают, что он прослужит дольше карбида до 100 раз. Инструменты с алмазными наконечниками склонны к сколам или трещинам при ударе о врезанный гвоздь или твердый узел. некоторые производители используют алмазные инструменты для черновой обработки абразивных материалов, а затем переходят на твердосплавные или вставные инструменты для чистовой обработки.

Геометрия инструмента

Хвостовик

Хвостовик - это часть инструмента, которая удерживается держателем инструмента. это часть инструмента, на которой нет следов механической обработки. на хвостовике не должно быть загрязнений, окисления и царапин.

Диаметр резки

Это диаметр или ширина разреза, который будет производить инструмент.

Длина реза

Это эффективная глубина резания инструмента или то, насколько глубоко инструмент может врезаться в материал.

Флейты

Это часть инструмента, которая вынимает обрезанный материал. количество канавок на фрезе важно для определения стружкодробления.

Профиль инструмента

В этой категории много профилей инструментов. основные из них, которые следует учитывать, - это спирали, направленные вверх и вниз, спирали сжатия,

инструменты для более грубой обработки, чистовой обработки, малой спирали и прямой резки. все они бывают от одной до четырех флейт.

Спираль, направленная вверх, заставит стружку вылететь из разреза вверх. это хорошо при выполнении слепого пропила или сверлении прямо вниз. однако такая геометрия инструмента способствует подъему и имеет тенденцию отрывать верхний край разрезаемого материала.

Спиральные инструменты с опусканием вниз будут выталкивать стружку в прорезь, что улучшает удержание детали, но в определенных ситуациях может вызвать засорение и перегрев. этот инструмент также будет иметь тенденцию вырывать нижний край разрезаемого материала.

Спиральные инструменты с подрезкой вверх и вниз поставляются с кромкой для черновой обработки, стружколомом или чистовой кромкой.

Компрессионные спирали представляют собой комбинацию канавок с верхним и нижним срезом.

Инструменты для сжатия отталкивают стружку от краев к центру материала и используются при резке двусторонних ламинатов или когда возникает проблема отрыва краев.

Биты с малой или большой спиралью используются при резке более мягких материалов, таких как пластик и пенопласт, когда сварка и удаление стружки имеют решающее значение.

Загрузка чипа

Наиболее важным фактором увеличения срока службы инструмента является отвод тепла, поглощаемого инструментом. Самый быстрый способ сделать это - резать больше материала, а не работать медленнее. Стружка отводит от инструмента больше тепла, чем пыль. кроме того, трение инструмента о материал вызовет трение, которое переходит в тепло.

Еще один фактор, который следует учитывать в поисках увеличения срока службы инструмента, - это поддерживать инструмент, цангу и державку в чистоте, без отложений или коррозии, что снижает вибрации, вызванные несбалансированными инструментами.

Толщина материала, удаляемого каждым зубом инструмента, называется стружкой.

Формула для расчета нагрузки на чип выглядит следующим образом:

Нагрузка на стружку =скорость подачи / об / мин / количество зубьев

Когда нагрузка на стружку увеличивается, срок службы инструмента увеличивается, а время цикла сокращается. кроме того, хорошее качество обработки кромок достигается за счет широкого диапазона нагрузок на стружку. Лучше всего обратиться к таблице нагрузок на стружку производителя инструмента, чтобы найти наилучшее значение для использования. Рекомендуемая стружкодвигательная нагрузка обычно составляет от 0,003 до 0,03 дюйма или от 0,07 до 0,7 мм.

Аксессуары

Печать этикеток

Этот вариант становится все более популярным в отрасли, особенно с учетом того, что станки с ЧПУ становятся все более интегрированными в общую формулу бизнеса. Контроллер может быть подключен к программному обеспечению продаж или планирования, и этикетки деталей печатаются после того, как деталь будет обработана. Некоторые поставщики используют ярлыки для обозначения оставшегося материала для облегчения поиска в будущем.

Оптические считыватели

Также известные как палочки со штрих-кодом, они могут быть интегрированы в контроллер, чтобы программа могла быть вызвана путем сканирования штрих-кода в рабочем графике. Этот вариант экономит драгоценное время за счет автоматизации процесса загрузки программы.

Зонды

Эти измерительные устройства бывают разных форм и выполняют множество различных функций. Некоторые датчики просто измеряют высоту поверхности, чтобы обеспечить правильное выравнивание в приложениях, чувствительных к высоте. другие зонды могут автоматически сканировать поверхность трехмерного объекта для последующего воспроизведения.

Датчик длины инструмента

Датчик длины инструмента действует как щуп, который измеряет дневной свет или расстояние между концом фрезы и поверхностью рабочего пространства и вводит это число в параметры инструмента элемента управления. Это небольшое дополнение избавит оператора от длительного процесса, необходимого каждый раз при смене инструмента.

Лазерные проекторы

Впервые эти устройства были замечены в мебельной промышленности на станках для резки кожи с ЧПУ. Лазерный проектор, установленный над рабочим столом с ЧПУ, проецирует изображение разрезаемой детали. Это значительно упрощает размещение заготовки на столе, чтобы избежать дефектов и других проблем.

Резак для винила

Насадка для винилового ножа часто встречается в индустрии вывесок. это резак, который можно прикрепить к основному шпинделю или сбоку с помощью свободно вращающегося ножа, давление которого можно регулировать с помощью ручки. Это приспособление позволяет пользователю превратить свой фрезерный станок с ЧПУ в плоттер для изготовления виниловых масок для пескоструйной обработки или виниловых букв и логотипов для грузовиков и вывесок.

Дозатор охлаждающей жидкости

Пистолеты с охлаждающим воздухом или мистеры для смазочно-охлаждающей жидкости используются с фрезером по дереву для резки алюминия или других цветных металлов. Эти насадки обдувают режущий инструмент струей холодного воздуха или туманом смазочно-охлаждающей жидкости, чтобы он оставался холодным во время работы.

Гравер

Граверы устанавливаются на главный шпиндель и состоят из плавающей головки с гравировальным ножом малого диаметра, который вращается со скоростью от 20 000 до 40 000 об / мин. Плавающая головка обеспечивает постоянную глубину гравировки даже при изменении толщины материала. Этот вариант наиболее часто встречается в индустрии изготовления вывесок, хотя мастера по изготовлению трофеев, мастера по изготовлению столярных изделий и столярные изделия используют его для маркетри.

Ось вращения

Вращающаяся ось, расположенная вдоль оси x или y, может превратить фрезерный станок в токарный станок с ЧПУ. Некоторые из этих вращающихся осей представляют собой просто вращающийся шпиндель, в то время как другие индексируются, что означает, что их можно использовать для вырезания сложных деталей.

Плавающая режущая головка

Плавающие режущие головки удерживают режущий инструмент на определенной высоте от верхней поверхности разрезаемого материала. Это важно при вырезании элементов на верхней поверхности детали, которая может не иметь ровной поверхности. Примером этого является вырезание V-образной канавки на верхней части обеденного стола.

Плазменный резак

Плазменные резаки являются дополнением к некоторым станкам и позволяют резать детали из листового металла различной толщины.

Инструменты агрегирования

Агрегатные инструменты можно использовать для многих операций, которые не может выполнить прямой резак.

ОБЫЧНАЯ ОБРАБОТКА И ОБРАБОТКА С ЧПУ

Что отличает обработку с ЧПУ от традиционных методов? Это вообще лучше? Где основные преимущества? Если сравнить процессы обработки с ЧПУ и традиционные процессы механической обработки, появится общий общий подход к обработке детали:

1. Получите и изучите рисунок

2. Выберите наиболее подходящий метод обработки

3. Определитесь с методом настройки (удержание работы)

4. Выберите режущие инструменты

5. Установите скорости и подачу

6. Обработайте деталь

Базовый подход одинаков для обоих типов обработки. Основное различие заключается в способе ввода различных данных. Скорость подачи 10 дюймов в минуту (10 дюймов / мин) такая же, как и в ручном режиме

Или приложения ЧПУ, но метод его применения не является. То же самое можно сказать и о охлаждающей жидкости - ее можно активировать поворотом ручки, нажатием переключателя или программированием специального кода. Все эти действия приведут к выливанию охлаждающей жидкости из сопла. В обоих видах обработки от пользователя требуется определенное количество знаний. В конце концов, обработка металла, особенно резка металла, - это в основном искусство, но это также в значительной степени искусство и профессия большого количества людей. То же самое и с применением компьютеризированного числового управления. Как и любой другой навык, искусство или профессия, для достижения успеха необходимо овладеть ею до мельчайших деталей. Чтобы стать машинистом с ЧПУ или программистом с ЧПУ, нужны не только технические знания. Опыт работы, интуиция и то, что иногда называют «чутьем», - очень необходимое дополнение к любому навыку.

При традиционной обработке оператор настраивает станок и перемещает каждый режущий инструмент одной или двумя руками для изготовления требуемой детали. Конструкция ручного станка предлагает множество функций, которые помогают в процессе обработки деталей - рычагов, рукояток, шестерен и циферблатов, и это лишь некоторые из них. Оператор повторяет одни и те же движения тела для каждой детали партии. Однако слово «такой же» в этом контексте на самом деле означает «похожий», а не «идентичный». Люди не могут повторять каждый процесс в точности одинаково все время - это работа машин. Люди не могут постоянно работать с одним и тем же уровнем производительности без отдыха. У всех нас бывают хорошие и плохие моменты. Результаты этих моментов при обработке детали трудно предсказать. В каждой партии деталей могут быть некоторые различия и несоответствия. Детали не всегда будут точно такими же. Соблюдение допусков на размер и качество поверхности являются наиболее типичными проблемами при традиционной обработке. У отдельных машинистов могут быть свои коллеги-коллеги. Сочетание этих и других факторов создает большое количество противоречий.

Обработка с числовым программным управлением устраняет большинство несоответствий. Это не требует такого же физического участия, как механическая обработка. Численно

Для контролируемой обработки не требуются рычаги, шкалы или ручки, по крайней мере, не в том смысле, в котором это требуется для традиционной обработки. Как только программа обработки детали будет проверена, ее можно будет использовать любое количество раз, всегда возвращая стабильные результаты. Это не означает, что ограничивающих факторов нет. Режущие инструменты изнашиваются, заготовка материала в одной партии не идентична заготовке материала в другой партии, настройки могут отличаться и т. Д. Эти факторы следует учитывать и при необходимости компенсировать.

Появление технологии числового программного управления не означает мгновенного или даже длительного упадка всех ручных станков. Бывают случаи, когда традиционный метод обработки предпочтительнее компьютеризированного. Например, простая одноразовая работа может выполняться более эффективно на ручном станке, чем на станке с ЧПУ. Для некоторых типов обработки лучше использовать ручную или полуавтоматическую обработку, а не обработку с числовым программным управлением. Станки с ЧПУ не предназначены для замены всех ручных станков, а только для их дополнения.

Во многих случаях решение о том, будет ли определенная обработка выполняться на станке с ЧПУ, основывается на количестве требуемых деталей и ни на чем другом. Хотя объем деталей, обрабатываемых партиями, всегда является важным критерием, он никогда не должен быть единственным фактором.

Следует также учитывать сложность детали, ее допуски, требуемое качество обработки поверхности и т. Д. Часто отдельная сложная деталь выигрывает от обработки с ЧПУ, а пятьдесят относительно простых деталей - нет.

Имейте в виду, что с ЧПУ никогда не обрабатывалась отдельная деталь. Числовое управление - это всего лишь процесс или метод, позволяющий использовать станок продуктивно, точно и последовательно.

ПРЕИМУЩЕСТВА ЧИСЛЕННОГО КОНТРОЛЯ

Каковы основные преимущества числового программного управления?

Важно знать, какие области обработки выиграют от этого, а какие лучше выполнить обычным способом. Абсурдно думать, что фрезерный станок с ЧПУ мощностью две лошадиные силы превзойдет работу, которая в настоящее время выполняется на ручном фрезерном станке в двадцать раз мощнее. Столь же необоснованны ожидания значительного улучшения скорости резания и подачи по сравнению с обычным станком. Если условия обработки и инструмента одинаковы, время резания будет очень близким в обоих случаях.

Некоторые из основных областей, в которых пользователь ЧПУ может и должен ожидать улучшения:

1. Сокращение времени настройки

2. Сокращение сроков выполнения

3. Точность и повторяемость

4. Контурирование сложных форм

5. Упрощенная оснастка и работа

6. Постоянное время резки

7. Повышение общей производительности

Каждая область предлагает только потенциальное улучшение. Отдельные пользователи испытают различные уровни фактического улучшения, в зависимости от продукта, производимого на месте, используемого станка с ЧПУ, методов настройки, сложности крепления, качества режущих инструментов, философии управления и инженерного проектирования, уровня опыта персонала, отдельных лиц. отношения и т. д.

Сокращение времени настройки

Во многих случаях время настройки станка с ЧПУ может быть сокращено, иногда довольно значительно. Важно понимать, что настройка выполняется вручную и во многом зависит от производительности оператора ЧПУ, типа крепления и общей практики механического цеха. Время на настройку непродуктивно, но необходимо - это часть накладных расходов на ведение бизнеса. Сведение к минимуму времени на настройку должно быть одной из основных задач любого начальника механического цеха, программиста и оператора.

Из-за конструкции станков с ЧПУ время настройки не должно быть большой проблемой. Модульное крепление, стандартный инструмент, фиксированные локаторы, автоматическая смена инструмента, поддоны и другие расширенные функции делают время настройки более эффективным, чем сопоставимая настройка обычного станка. Благодаря хорошему знанию современного производства производительность может быть значительно увеличена.

Количество деталей, обработанных за одну установку, также важно для оценки стоимости времени установки. Если за одну установку обрабатывается большое количество деталей, стоимость установки одной детали может быть очень незначительной. Очень похожее сокращение может быть достигнуто путем объединения нескольких различных операций в одну установку. Даже если время настройки больше, оно может быть оправдано по сравнению со временем, необходимым для настройки нескольких обычных машин.

Сокращение времени выполнения

Как только программа обработки детали написана и проверена, она готова к повторному использованию в будущем, даже в кратчайшие сроки. Хотя время выполнения заказа для первого прогона обычно больше, оно практически равно нулю для любого последующего прогона. Даже если инженерное изменение конструкции детали требует изменения программы, обычно это можно сделать быстро, что сокращает время выполнения заказа.

Длительное время, необходимое для разработки и производства нескольких специальных приспособлений для обычных машин, часто можно сократить, подготовив программу обработки деталей и используя упрощенное приспособление.

Точность и повторяемость

Высокая точность и повторяемость современных станков с ЧПУ были единственным большим преимуществом для многих пользователей. Независимо от того, хранится ли программа обработки детали на диске, в памяти компьютера или даже на ленте (исходный метод), она всегда остается неизменной. Любая программа может быть изменена по желанию, но после проверки обычно больше никаких изменений не требуется. Данную программу можно повторно использовать столько раз, сколько необходимо, без потери ни единого бита данных, которые она содержит. Конечно, программа должна следовать таким изменчивым факторам, как износ инструмента и рабочие температуры, она должна храниться в безопасном месте, но, как правило, требуется очень небольшое вмешательство со стороны программиста или оператора ЧПУ, высокая точность станков с ЧПУ и их повторяемость позволяют качественные детали, которые будут производиться постоянно, раз за разом.

Контурирование сложных форм

Токарные станки с ЧПУ и обрабатывающие центры могут обрабатывать самые разные формы. Многие пользователи ЧПУ приобрели свои станки только для того, чтобы иметь возможность обрабатывать сложные детали. Хорошими примерами являются приложения ЧПУ в авиационной и автомобильной промышленности. Использование какой-либо формы компьютеризированного программирования практически обязательно для создания любой трехмерной траектории движения инструмента.

Сложные формы, такие как формы, можно изготавливать без дополнительных затрат на создание модели для отслеживания. Зеркальные детали можно получить буквально с помощью кнопки, шаблонов, деревянных моделей и других инструментов для создания выкройки.

Упрощенное хранение инструментов и работ

Никакие стандартные и самодельные инструменты, которые загромождают столы и ящики вокруг обычного станка, не могут быть устранены с помощью стандартных инструментов, специально разработанных для приложений с числовым программным управлением. Многоступенчатые инструменты, такие как пилотные сверла, ступенчатые сверла, комбинированные инструменты, зенкеры и другие, заменяются несколькими отдельными стандартными инструментами. Эти инструменты часто дешевле и их легче заменить, чем специальные и нестандартные инструменты. Меры по сокращению затрат вынудили многих поставщиков инструментов придерживаться низкого уровня или даже полностью отказаться от него. Стандартные готовые инструменты обычно можно получить быстрее, чем нестандартные.

Крепление и удержание заготовок для станков с ЧПУ имеют только одну главную цель - жестко удерживать деталь в одном и том же положении для всех деталей в партии. Для приспособлений, предназначенных для работы с ЧПУ, обычно не требуются приспособления, направляющие отверстия и другие приспособления для определения местоположения отверстий.

Сокращение времени и повышение производительности

Время резки на станке с ЧПУ обычно известно как время цикла, и оно всегда одинаково. В отличие от традиционной обработки, где навыки, опыт и личная усталость операторов могут изменяться, обработка с ЧПУ находится под управлением компьютера. Небольшой объем ручной работы ограничивается установкой, загрузкой и разгрузкой детали. При больших партиях высокая стоимость непроизводительного времени распределяется между многими деталями, что снижает ее значимость. Основное преимущество постоянного времени резки - это выполнение повторяющихся работ, когда планирование производства и распределение работ по отдельным станкам могут быть выполнены очень точно.

The main reason companies often purchase CNC machines is strictly economic – it is a serious investment. Also, having a competitive edge is always on the mind of every plant manager. The numerical control technology offers excellent means to achieve a significant improvement in the manufacturing productivity and increasing the overall quality of the manufactured parts. Like any means, it has to be used wisely and knowledgeably. When more and more companies use the CNC technology, just having a CNC machine does not offer the extra edge anymore. The companies that get forward are those who know to use the technology efficiently and practice it to be competitive in the global economy.

To reach the goal of major increase in productivity, it is essential that users understand the fundamental principles on which CNC technology is based. These principles take many forms, for example, understanding the electronic circuitry, complex ladders diagrams, computer logic, metrology, machine design, machine principles and practices and many others. Each one has to be studied and mastered by the person in charge. In this handbook, the emphasis is on the topics that relate directly to the CNC programming and understanding the most common CNC machine tools, the machining centers and the lathes (sometimes also called the turning centers). The part quality consideration should be very important to every programmer and machine tool operator and this goal is also reflected in the handbook approach as well as in numerous examples.

TYPES OF CNC MACHINE TOOLS

Different kinds of CNC machines cover an extremely large variety. Their numbers are rapidly increasing, as the technology development advances. It is impossible to identify all the applications; they would make a long list. Here is a brief list of some of the groups CNC machines can be part of:

1. Mills and machining centres

2. Lathes and turning centres

3. Drilling machines

4. Boring mills and profilers

5. EDM machines

6. Punch presses and shears

7. Flame cutting machines

8. Routers

9. Water jet and laser profilers

10. Cylindrical grinders

11. Welding machines

12. Benders, winding and spinning machines, etc.

CNC machining centres and lathes dominate the number of installations in industry. These two groups share the market just about equally. Some industries may give a higher need for one group of machines, depending on their needs. One must remember that there are many different kinds of lathes and equally many different kinds of ma-chining centres. However, the programming process for a vertical machine is similar to the one for a horizontal ma-chine or a simple CNC mill. Even between different ma-chine groups, there is a great amount of general applications and the programming process is generally the same For example, a contour milled with an end mill has a lot in common with a contour cut with a wire.

Mills and Machining Centres

Standard number of axes on a milling machine is three-the X, Y and Z axes. The part set on a milling system is al-cutting tool rotates, it can move up and down (or in and out), but it does not physically follow the tool path.

CNC mills sometimes called CNC milling machines are usually small, simple machines, without a tool changer or other automatic features. Their power rating is often quite low. In industry, they are used tool room work, maintenance purposes, or small part production. They are usually designed for contouring, unlike CNC drills.

CNC machining centres are for more popular and efficient that drills and mills, mainly for their flexibility. The main benefit user gets out of a CNC machining centre is the ability to group

several diverse operations into a single setup. For example, drilling, boring, counter boring, tapping, spot facing and contour milling can be incorporated into a single CNC program. In addition, the flexibility is enhanced by automatic tool changing using pallets to minimize idle time, indexing to a different side of the part, using a rotary movement of additional axes, and a number of other features, CNC machining centres can be equipped with special software that controls the speeds and feeds, the life of the cutting tool, automatic in-process gauging and offset adjustment and other production enhancing and time saving devices.

There are two basic designs of a typical CNC machining centre. There are the vertical and the horizontal machining centres. The major difference between the two types is the nature of work that can be done on them efficiently. For a vertical CNC machining centre, the most suitable type of work are flat parts, either mounted to the fixture on the table, or help in a vise or a chuck. The work that requires machining on two or more faces in a single setup is more desirable to be done on a CNC horizontal machining centre. A good example is pump housing and other cubic-like shapes. Some multi-face machining of small parts can also be done on a CNC vertical machining center equipped with a rotary table.

The programming process is the same for both designs, but an additional axis (usually a B axis) is added to the horizontal design. This axis is either a simple positioning axis (indexing axis) for the table, or a fully rotary axis for simultaneous contouring.

This handbook concentrates on the CNC vertical machining centres applications, with a special section dealing with the horizontal setup and machining. The programming methods are also applicable to the small CNC mills or drilling and/or tapping machines, but the programmer has to conceder their restrictions.

Lathes and Turning Centres

A CNC lathe is usually a machine tool with two axes, the vertical X axis and the horizontal Z axis. The main future of the lathe that distinguishes it from a mill is that the part is rotating about the machine center line. In addition, the cutting tool is normally stationary, mounted in a sliding turret. The cutting tool follows the contour of the programmed tool path. For the CNC lathe with a milling attachment, so called live tooling, the milling tool has its own motor and rotates while the spindle is stationary.

The modern lathe design can be horizontal or vertical. Horizontal type is far more common than the vertical type, but both designs exist for either group. For example, a typical CNC lathe of the horizontal group can be designed with a flat bed or a slant bed, as a bar type, chucker type or universal type. Added to these combinations or many accessories that make a CNC lathe is an extremely flexible machine tool. Typically, accessories such as a tailstock, steady rests or followup rests, part catchers, pullout-fingers and even a third axis milling attachment are popular components of the CNC lathe. A CNC lathe can be very versatile so versatile in fact, that it is often called a CNC turning centre. All text and program examples in this handbook use the more traditional term CNC lathe, yet still recognizing all its modern functions.

PERSONNEL FOR CNC

Computers and machine tools have no intelligence. They cannot think, they cannot evaluate a station in a rational way. Only people with certain skills and knowledge can do that. In the field of numerical control, the skills are usually in the hands of two key peopleone doing the programming, the other doing the machining. Their respective numbers and duties typically depend on the company preference, its size, as well as the product manufactured there. However, each position is a quite distinct, although many companies combine the two functions into a one, often called a CNC programmer/operator.

CNC Programmer

The CNC programmer is usually the person who has the most responsible in the CNC machine shop. This person is often responsible for the success of numerical control technology in the plant. Equally this person is held responsible for problems related to the CNC operations.

Although duties may vary, the programmer is also responsible for a variety of tasks relating to the effective usage of the CNC machines. In fact, this person is often accountable for the production and quality of all CNC operations.

Many CNC programmers are experienced machinists, who have had a practical, hands-on experience as machine tool operations they know how to read technical drawings and they can comprehend the engineering intent behind the design. This practical experience is the foundation for the ability to ‘machine’ a part in an office environment. A good CNC programmer must be able to visualize all the tool motions and recognize all restricting factories that may be involved. The programmer must be able to collect, analyze process and logically integrate all the collected data into a signal, cohesive program. In simple terms, the CNC programmer must be able to decide upon the best manufacturing methodology in all respects.

In addition to the machining skills, the CNC programmer has to have an understanding of mathematical principles, mainly application of equations, solutions of arcs and angles. Equally important is the knowledge of trigonometry. Even with computerized programming, the knowledge of manual programming methods is absolutely essential to the through understanding of the computer output and the control of this output.

The last important quality of a truly professional CNC programmer is his or her ability to listen to the other people – the engineers, the CNC operators, the managers. Good listing skills are the first prerequisites to become flexible. A good CNC programmer must be flexible in order to offer high programming quality.

CNC Machine Operator

The CNC machine tool operator is a complementary position to the CNC programmer. The programmer and the operator may exist in a single person, as is the case in many small shops. Although the majority of duties performed by conventional machine operator has been transferred to the CNC program, the CNC operator has many unique responsibilities. In typical cases, the operator is responsible for the tool and machine setup, for the changing of the parts, often even for some in-process inspection. Many companies expect quality control at the machine – and the operator of any machine tool, manual or computerized, is also responsible for the quality of the work done on that machine. One of the very important responsibilities of the CNC machine operator is to report findings about each program to the programmer. Even with the best knowledge, skills, attitudes and intentions, the "final" program can always be improved. The CNC operator being the one, who is the closest to the actual machining, knows precisely what extent such improvements can be.

Justifying the Cost of CNC

The cost of a CNC machine might make most manufacturers nervous but the benefits of owning a CNC router will most likely justify the cost in very little time.

The first cost to take into consideration is the machine cost. Some vendors offer bundled deals that include installation, software training and shipping charges. But in most cases, everything is sold separately to allow for customization of the CNC router.

Light duty

Low-end machines cost from $2,000 to $10,000. they are usually bolt-it yourself kits made of bent sheet metal and use stepper motors. They come with a training video and an instruction manual. These machines are meant for do-it-yourself use, for the signage industry and other very light duty operations. they will usually come with an adapter for a conventional plunge router. accessories such as a spindle and vacuum work holding are options. These machines can be very successfully integrated into a high production environment as a dedicated process or as part of a manufacturing cell. for instance, one of these CNC’s can be programmed to drill hardware holes on drawer fronts before assembly.

Medium duty

Mid-range CNC machines will cost between $10,000 and $100,000. these machines are built of heavier gauge steel or aluminium. They might use stepper motors and sometimes servos; and use rack and pinion drives or belt drives. they will have a separate controller and offer a good range of options such as automatic tool changers and vacuum plenum tables. these machines are meant for heavier duty use in the signage industry and for light panel processing applications.

These are a good option for start-ups with limited resources or manpower. They can perform most operations needed in cabinet making although not with the same degree of sophistication or with the same efficiency.

Industrial strength

High-end routers cost upward of $100,000. This includes a whole range of machines with 3 to 5 axes suited for a broad range of applications. these machines will be built out of heavy gauge welded steel and come fully loaded with automatic tool changer, vacuum table and other accessories depending on the application. these machines are usually installed by the manufacturer and training is often included.

Shipping

Transporting a CNC router carries a considerable cost. With routers weighing anywhere from a few hundred pounds to several tons, freight costs can range from $200 to $5,000 or more, depending on location. remember that unless the machine was built nearby, the hidden cost of moving it from europe or asia to the dealer’s showroom is likely included. additional costs may also be incurred just to get the machine inside once it is delivered as it is always a good idea to use professional riggers to deal with this kind of operation.

Installation and training

CNC vendors typically charge from $300 to $1,000 per day for installation costs. It can take anywhere from a half day to a full week to install and test the router. This cost could be included in the price of buying the machine. some vendors will provide free training on how to use the hardware and software, usually on-site, while others will charge $300 to $1,000 per day for this service.

SAFETY RELATED TO CNC WORK

One the wall of many companies is a safety poster with a simple, yet powerful message:

The first rule of safety is to follow all safety rules.

The heading of this section does not indicate whether the safety is oriented at the programming or the machining level. The season is that the safety is totally independent. It stands on its own and it governs behaviour of everybody in a machine shop and outside of it. At first sight, it may appear that safety is something related to the machining and the machine operation, perhaps to the setup as well. That is definitely true but hardly presents a complete picture.

Safety is the most important element in programming, setup, machining, tooling, fixturing, inspection, chipping, and-you-name it operation within a typical machine shop daily work. Safety can never be overemphasized. Companies talk about safety, conduct safety meeting, display posters, make speeches, call experts. This mass of information and instructions is presented to all of us for some very good reasons. Quite a few are passed on past tragic occurrences – many laws, rules and regulations have been written as a result of inquests and inquire into serious accidence.

At first sight, it may seem that in CNC work, the safety is a secondary issue. There is a lot of automation; a part program that runs over and over again, tooling that has been used in the past, a simple setup, etc. All this can lead to complacency and false assumption that safety is taken care of. This is a view that can have serious consequences.

Safety is a large subject but a few points that relate to the CNC work are important. Every machinist should know the hazards of mechanical and electrical devices. The first step towards a safe work place is with a clean work area, where no chips, oil spills and other debris are allowed to accumulate on the floor. Taking care of personal safety is equally important. Loose clothing, jewellery, ties, scarves, unprotected long hair, improper use of gloves and similar infraction, is dangerous in machining environment. Protection of eyes, ears, hands and feet is strongly recommended.

While a machine is operating, protective devices should be in place and no moving parts should be exposed. Special care should be taken around rotating spindles and automatic tool changers. Other devices that could pose a hazard are pallet changers, chip conveyors, high voltage areas, hoists, etc. disconnecting any interlocks or other safety features is dangers – and also illegal, without appropriate skills and authorization.

In programming, observation of safety rules is also important. A tool motion can be programmed in many ways. Speeds and feeds have to be realistic, not just mathematically "correct". Depth of cut, width of cut, the tool characteristics, all have a profound effect on overall safety.

All these ideas are just a very short summery and a reminder that safety should always be taken seriously.