Принцип роботи лазерного верстата

Лазерний верстат необхідний тим, хто хоче пов'язати свою професію із виробництвом сувенірної продукції, меблів чи рекламних виробів. Лазер робить усі роботи точно, акуратно, швидко. Він вирізує деталі різного розміру, конфігурації, ріже матеріали різної твердості, товщини.

Перш ніж приступити до експлуатації установки, необхідно вивчити принцип роботи цього апарата.

Як працює лазерний верстат?

Установки для різання та гравіювання сьогодні досить поширені, вони коштують недорого, дозволити собі їх можуть навіть невеликі підприємства. Він дозволяє практично повністю автоматизувати процес виробництва та зробити його безвідходним, збільшити обсяги виробництва, скоротити витрати на закупівлю матеріалу.

Майже всі моделі мають схожу будову:

• Цілісна станина.
• Робочий стіл потрібного розміру.
• Пересувна лазерна трубка із робочою головкою.

Рухається робоча частина за допомогою крокового двигуна, який керує спеціальною комп'ютерною програмою (ЧПУ). Принцип роботи верстата лазерного різання полягає в тому, що робоча головка із встановленим кроком рухається в заданому програмою напрямку, що випалює лазером на поверхні необхідну деталь.

Можливості лазерних установок для різання матеріалів

Верстат з лазером може виконувати дві основні завдання: різання матеріалу та його гравіювання. При різанні ми отримуємо абсолютно точні деталі, які не вимагають подальшої обробки, краї рівні без сплавів, шорсткостей та інших вад.

Гравіювання - процес, при якому на поверхні за допомогою невеликих ненаскрізних різів з'являється акуратний, точний будь-якої складності малюнок або напис.Лазерний верстат дозволяє зробити це швидше, чистіше, якісніше за все.

Тепер ви знаєте про те, як працює цей апарат, які роботи можна виконувати за його допомогою. За купівлею верстата або комплектуючих деталей до нього можна звернутися в інтернет-магазин «Lazer Technology». Хороших та якісних вам покупок.

Як працює лазерний ЧПУ верстат?

Використання ЧПУ верстатів у сучасному виробництві - це не данина моді, а закономірний процес автоматизації із застосуванням ефективних типових рішень. Автоматизація дає технологічний та економічний ефект у вигляді скорочення часу на процеси, зниження залежності від людського фактора та витрат, пов'язаних з організацією рутинних операцій. Обробка на верстаті ЧПУ дозволяє виробляти деталі високого рівня точності та повторюваності у значно короткі терміни, ніж це робить навіть досвідчений оператор на звичайному устаткуванні. У цій статті ми розповідаємо про основні принципи роботи та загальні моменти влаштування верстатів, даємо уявлення про те, що таке верстат з ЧПУ.

Принцип роботи та загальне поняття верстатів з ЧПУ

Уявлення про те, як працює верстат із ЧПУ, будується на базових принципах обробки матеріалу та управління обладнанням. Будь-яке обладнання з числовим програмним управлінням можна розглядати як комплекс з кількох складових ЧПУ верстата:

• функціональна частина включає інструмент та оснащення, основні частини безпосередньо обробної бази, робочі поверхні та приводи;
• виконавча частина є приводами, що забезпечують взаємодію програмної частини та функціональної – крокові та серводвигуни, гідравлічні компоненти для керування поверхнями, вузли зміни інструменту та позиціонування;
• програмна частина забезпечує безпосереднє управління ЧПУ верстатом через подачу заздалегідь сформованих команд виконавчим механізмам та вузлам;
• система зворотного зв'язку є комплексом датчиків і вузлів, що виконують функції контролю процесу та вимірювання параметрів.

У програмній частині верстата з ЧПУ є аналітична складова, яка приймає інформацію від системи зворотного зв'язку та коригує роботу комплексу при виявленні відхилень.

Завантажений у програмну частину верстата алгоритм виконання операцій та циклів обробляється на формування сигналів. Виконавчі механізми позиціонують заготівлю та інструмент. Функціональна частина виконує безпосередньо процес механічної обробки – точить, фрезерує, довбає, свердлить, зенкерує матеріал. Система контролю та зворотного зв'язку вимірює заготівлю та знімає інформацію про параметри роботи, щоб передати її в програмну область. Таким чином створюється та виконується замкнутий цикл, що дозволяє виконати задані операції з певною точністю та послідовністю.

Принцип роботи верстата з ЧПУ за металом, деревом або іншим матеріалом завжди загальний, різниця полягає у застосуванні інструменту та оснащення. Область застосування систем ЧПУ поширюється не тільки на операції з тілами обертання – випускаються преси, штампи, розрізні верстати, пристрої намотування та розмотування.

Влаштування токарного та фрезерного верстата з ЧПУ

Як працює ЧПУ верстат по металу стає зрозумілим, якщо розділити процес на описані вище складові. У металообробці найпоширеніші операції із заготовками – точення, фрезерування, свердління, зенковка, довбання. Пристрій токарного та фрезерного верстата з ЧПУ по металу або дереву має суттєву відмінність у тому, що в першому випадку тіло обертання – це деталь, що обробляється, а в другому тілом обертання є фреза, інструмент і оснащення. За принципом взаємодії із заготівлею до фрезерного верстата близький свердлильний, в якому обертається інструмент, а заготівля може подаватись у певній позиції.

Загальні принципи конструкції схожі - у верстата є масивна станина, джерело обертання і передачі моменту, що крутить (двигун з приводом), точка (вузол) фіксації тіла обертання у вигляді шпинделя з патроном або іншим вузлом для установки інструменту/заготівлі. Конструктивні особливості верстатів з ЧПУ виражаються в тому, що ряд вузлів та агрегатів передбачений для взаємодії програмної частини з функціональною:

• серводвигуни та крокові двигуни переміщують заготовку, вузол зі шпинделем та супорт токарного верстата для подачі деталі на обробку;
• виконавчі приводи (гідравлічні, крокові) керують положенням поворотного або похило-поворотного столу для заготівлі позиціонування;
• у багатоосьових верстатах ЧПУ та обробних центрах передбачено механізми передачі заготівлі на іншу точку обробки;
• у багатофункціональних обробних центрах окрема група механізмів керує зміною інструменту та шпинделя.

Лазерне розкрійне обладнання за пристроєм та принципом відмінно від того, як працює токарний або фрезерний верстат ЧПУ.У ролі інструменту та оснащення виступає лазерний випромінювач, який виставляється у певну точку та переміщається приводами, включається за командою програмного модуля.

Функціональна схема верстата ЧПУ з програмною та виконавчою частиною

З точки зору функціональності будь-який верстат з ЧПУ є комплексом з програмної, виконавчої та механічної частин. Якщо з механічною складовою все зрозуміло, то принцип та склад модулів програмування, формування команд та виконання варто розглянути окремо.

Будь-яка програма виконується за умови її введення в цифрову частину обладнання та запуску. Для введення самої програми та пов'язаних з нею даних можна використовувати перфострічку (застаріло), магнітні носії (застаріло), флеш-носій, програмований логічний контролер (ПЛК) та ПК через порт RS-232-C. У сучасних верстатах для оператора передбачений сенсорний дисплей, на якому відображаються заздалегідь прописані команди G на виконання операцій.

Введені дані після запуску направляються до БУС – блок управління з функціями:

• читання та розшифрування введених у вигляді коду інструкцій;
• інтерполяція команд – формування команд, які передаються на виконавчі механізми для руху осі інструменту та заготівлі;
• відправка команд на виконавчі механізми та підсилювачі;
• прийом, розшифровка та ідентифікація відомостей від датчиків зворотного зв'язку, що реєструють положення та рух (зміна положення) осей приводів.

Програмна частина верстата з ЧПУ умовно "не бачить" заготівлю та інструмент, вона має справу з осями та точками, які відображають положення та розміри деталі, положення та зміщення робочого столу та інструменту.Для позначення осей деталі застосовуються символи X та Y, для шпинделя символ Z.

Сформовані в БУС команди передаються на підсилювач та звідти безпосередньо на приводи – крокові, серводвигуни, гідравлічні клапани. Таким чином, налаштовується положення робочого столу, шпинделя, супорта токарного верстата з ЧПУ або лазерної головки розкрійного обладнання. Датчики вимірювальної системи визначають фактичне положення осей і передають дані БУС, де відбувається зіставлення з шаблонними значеннями. Таким чином верстат з ЧПУ перевіряє виконання команд та фактичну відповідність заданим параметрам.

Вихідні дані про заготівлі подаються у вигляді двомірної або тривимірної моделі, яка в процесі цифрової обробки перетворюється на хмару точок з певними координатами та прив'язкою до осей. Це сучасний підхід, що дозволяє працювати з графічним уявленням процесу без зчитування верстатом паперового креслення.

Принципи програмування та взаємодії зі верстатами ЧПУ.

Як і будь-яка комп'ютерна система, ЧПУ для верстата має платформу з вихідним кодом, найчастіше закриту для користувача на рівні оператора, та функціональну надбудову для безпосереднього програмування під час налаштування та роботи верстата. Це, по суті, власна операційна система, яка може бути сумісна з поширеними модифікаціями ОС для комп'ютерів на виробництві. Програміст ЧПУ пише програму – сценарій виконання технологічного процесу обробки заготівлі мовою G-code.

Залежно від складності платформи, верстата та процесу обробки оператор вводить за допомогою кнопок та іконок на дисплеї G-коди певних циклів та операцій.Частину процесу обробки іноді називають кадром програми, який може складатися з кількох дій. G-коди прийнято відносити до одного з процесів обробки, типових циклів, які можна застосовувати до будь-якої заготівлі, вводячи дані осей та координат точок. Розрізняють коди (кадри, операції) фрезерування, точення, свердління, зенкування, різання, штампування та ін.

Кожен цикл процесу – це завішений кадр програми, складеної з набору команд, що послідовно виконуються, прописаних у вигляді G-коду. Наприклад, якщо розглянути, як працює токарний або фрезерний верстат з ЧПУ FANUC, коди по кроках будуть розділені на підготовчі (настроювальні) та виконавчі. Операції G00 – G04 позиціонують інструмент, G53 – G59 перемикають системи координат. Коди G80 - G84 – циклічні команди для свердління та нарізування різьблення на верстаті з ЧПУ.

В основі кожного коду та циклу лежить кілька обов'язкових елементів – завдання початкової та кінцевої точки руху, траєкторія руху інструменту та заготівлі, запуск та зупинка шпинделя та ін. із пройдених залежно від виду процесу (кадра).

Кожен виробник і кожна платформа ЧПУ має свою таблицю кодів. У більшості випадків це уніфіковані команди, які можна розглядати як функціональну надбудову – наприклад, система ЧПУ HAAS може бути встановлена ​​як виконавча надбудова на систему Fanuc зі своїми G-code для операцій та циклів. Виробник токарних та фрезерних верстатів ЧПУ Siemens застосовує власну систему SINUMERIK з аналогічними кодами мовою G-code.

Детально писати про пристрій та програмування верстатів ЧПУ в ознайомлювальній статті немає сенсу, кожен виробник випускає документацію та надсилає свої посібники з експлуатації. У більшості випадків оператор верстата ЧПУ використовує введення кодів операцій (дій) безпосередньо з панелі керування верстата. Програміст ЧПК пише процеси на ПК чи ПЛК, готові програми завантажуються у БУС системи. В основному це потрібно для великих виробництв. Для невеликих підприємств і щодо простих верстатів із ЧПУ достатньо базового набору кодів.

Експлуатаційні особливості верстатів з ЧПУ

Не варто сприймати верстат з ЧПУ як надскладний пристрій, придатний лише для великих виробництв. Система числового програмного управління може використовуватися на рівні майстерні і невеликого цеху, де процес верстатної обробки складається з рутинних операцій, що повторюються. Не менш важлива можливість обробки деталей з високою точністю та повторюваністю, що практично неможливо забезпечити при роботі навіть найдосвідченіших верстатників. За наявності та навичок застосування конструкторських та проектувальних платформ класу CAD на ЧПУ можна виготовляти найскладніші профільні деталі аж до прецизійної обробки металу.

На рівні експлуатації у конкретних умовах важливо правильно визначати завдання та відповідність верстата складності процесу. Виробники випускають кілька видів комплексів ЧПУ з різними рівнями автоматизації:

• верстати ЧПУ "Сіменс" серії 802 та аналоги інших виробників можна налаштовувати та запускати, користуючись звичайними маховичками або завантажуючи код ЧПУ;
• відносно прості моделі верстатів ЧПУ можуть впевнено виконувати токарні та фрезерні операції у трьох осях з нерухомим шпинделем, чого цілком достатньо для дрібносерійного виробництва;
• багатоосьові верстати для обробки складних деталей дозволяють скоротити кількість проміжних операцій за рахунок зміни осі та виносу шпинделя, рухливості поворотних та похило-поворотних столів, револьверних патронів та інструментальних колон;
• обробні центри (ОЦ) ЧПУ застосовуються на великих виробництвах, оскільки дозволяють провести обробку деталей у кілька проходів різними інструментами з вибраним рівнем точності обробки кожної операції

У платформах ЧПУ великих виробників закладено можливість звернення до довідкових матеріалів, виконання циклу чистової та чорнової обробки, запуску послідовності програмних кадрів для заздалегідь записаного та збереженого процесу. Оператору слід з максимальною відповідальністю ставитись до повідомлень про помилки, які видає інформаційна система верстата під час завантаження програми.

Особливості конструкції створюють низку вимог до налагодження, запуску та обслуговування верстатів з ЧПУ:

• особливу увагу слід приділяти стану виконавчих вузлів – приводів, напрямних та інших елементів, від зношування яких залежить точність обробки;
• функціональна частина верстата обслуговується за окремим регламентом, розробленим для певного типу обладнання;
• програмне забезпечення верстата ЧПУ має оновлюватись у міру виходу нових версій, від цього залежить можливість використання системи;
• запчастини та комплектуючі для верстатів ЧПУ повинні бути зазначені в описі виробника як рекомендовані, особливо важливо це для аналогів та реплік від сторонніх виробників.

При зміні програми на збережену або запуск нового процесу необхідний пробний прогін повного циклу обробки деталі, перевірка показань датчиків і аналіз виданих повідомлень про помилки.

Можливості та особливості роботи на верстатах ЧПУ на великому виробництві

Комп'ютерна (цифрова) складова верстата з ЧПУ дозволяє суттєво розширити можливості середнього та великого виробництва, якщо інтегрувати її в систему управління та контролю. Існує кілька таких платформ, серед яких варто виділити вітчизняну розробку DPA – систему організації виробництва на рівні дільниці, цеху, підприємства з обладнанням ЧПК будь-якого рівня.

Функціонал системи DPA дозволяє об'єднати верстати та ПК у загальну мережу, яка збиратиме дані про роботу в реальному часі, формуватиме звіти за вибраними періодами та критеріями, розподілятиме завдання та підтримуватиме функції доступу фахівців до налаштувань обладнання. Поєднання DPA з довідковою частиною верстата ЧПУ та пристроями інженерів дозволяє вивести виробництво на рівень системного управління для підвищення ефективності та підтримки високої якості.