Исследовательский проект на тему "Клпссификация станков с ЧПУ"

Министерство просвещения и воспитания Ульяновской области

ОГАПОУ «Ульяновский авиационный колледж – Межрегиональный центр компетенций»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТ

ТЕМА: КЛАССИФИКАЦИЯ СТАНКОВ С ЧПУ ИХ ВИДЫ

Автор проекта:

Антонова Маргарита Алексеевна, студентка 1 курса, мпециальность «Технология мащиностроения»

Руководитель проекта:

Поручикова М.А., преподаватель

Ульяновск, 2025

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Станки с ЧПУ (числовым программным управлением) – это автоматизированные станки-роботы, которые могут производить операции по заданной программе без непосредственного участия человека. Такие станки являются важной частью современной автоматизации, применение которой необходимо для сохранения рентабельности и получения прибыли предприятиями, так как является важным условием обеспечения качества и скорости производства.

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.

О том, как избавиться от однообразной и монотонной работы, и поручить ее каким-либо «умным» механизмам, человечество задумалось давно.

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.

Темой является классификация станков с ЧПУ их виды.

Объект исследования, применение станков с числовым программным управлением.

Предметом нашего исследования является станки с числовым программным управлением.

Задачи исследования определить основных типов станков с ЧПУ и их классификация на основе функциональных возможностей и областей применения.

Одна из задач связана с изучением классификаций станков с ЧПУ, включает в себя:

‾                изучение специальной литературы и интернет источников;

‾                изучить фрезерные станки с ЧПУ;

‾                изучить токарные станки с ЧПУ;

‾                изучить сверлильные станки с ЧПУ.

Вторая задача нацелена на изучение применений ЧПУ станков:

‾                поиск и отбор необходимой информации из научно-популярной литературы, интернета;

‾                изучить применение ЧПУ станков в аэрокосмической индустрии;

‾                изучить применение ЧПУ станков в автомобилестроении;

‾                изучить применение ЧПУ станков в электросвязи.

Таким образом, классификация станков с ЧПУ может быть осуществлена на основе функциональных возможностей и областей применения. Станки с ЧПУ являются неотъемлемой частью современных производственных процессов в различных отраслях промышленности. Они позволяют значительно увеличить производительность, точность и качество обработки деталей. При выборе станков с ЧПУ необходимо учитывать их технические характеристики, экономическую эффективность и соответствие требованиям конкретной отрасли применения.

ГЛАВА 1 КЛАССИФИКАЦИЯ СТАНКОВ С ЧПУ

Станки с ЧПУ (числовым программным управлением) – это автоматизированные станки-роботы, которые могут производить операции по заданной программе без непосредственного участия человека. Такие станки являются важной частью современной автоматизации, применение которой необходимо для сохранения рентабельности и получения прибыли предприятиями, так как является важным условием обеспечения качества и скорости производства.

Полный процесс обработки с ЧПУ зависит от CAD и CAM. CAD означает автоматизированное проектирование, а слово CAM — автоматизированное производство.

С помощью CAD-программы создается трехмерный дизайн объекта, который станок должен изготовить, и с помощью CAM-программы эта виртуальная модель превращается в реальный трехмерный объект.

Современные станки с ЧПУ отличаются высокой точностью воспроизведения и могут значительно сократить сроки поставок.

1.1            Фрезерные станки с ЧПУ

Фрезерные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) – это оборудование, предназначенное для механической обработки различных листовых материалов при помощи специального инструмента – фрезы. Фрезерованием обрабатывается самый различный материал: пластик, графит, алюминий, медь, чугун, сталь или дерево.

Рисунок 1 – Фрезерный станок с ЧПУ

Фрезы - это металлические инструменты различной формы с несколькими режущими зубьями. По форме фрезы бывают:

‾                конические;

‾                цилиндрические;

‾                концевые;

‾                торцевые и других видов.

Кроме того, фрезы различаются по конструкции и типу зубьев: они могут быть:

‾                цельные (или монолитные, так называемые «пальчиковые фрезы»);

‾                со сварным режущим элементом;

‾                сборным или с напаянным режущим элементом.

Материал, из которого изготавливается режущая часть, должен быть намного прочнее обрабатываемого материала, потому для фрез подбираются твердые сплавы быстрорежущей стали, может быть использована также минералокерамика или алмаз.

1.2            Токарные станки с ЧПУ

Токарные станки с ЧПУ предназначены для наружной и внутренней обработки сложных заготовок деталей типа тел вращения. Они составляют самую значительную группу по номенклатуре в парке станков с ЧПУ. На токарных станках с ЧПУ выполняют традиционный комплекс технологических операций: точение, отрезку, сверление, нарезание резьбы.

Рисунок 2 – Токарный станок с ЧПУ

В основе классификации токарных станков с ЧПУ лежат следующие признаки:

‾               расположение оси шпинделя (горизонтальные и вертикальные станки);

‾               число используемых в работе инструментов (одно- и многоинструментальные станки);

‾               способы их закрепления (на суппорте, в револьверной головке, в магазине инструментов);

‾               вид выполняемых работ (центровые, патронные, патронно-центровые, карусельные, прутковые станки);

‾               степень автоматизации (полуавтоматы и автоматы).

В зависимости от массы различают станки легкие (до 1 т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10т). Резание металла (снятие металлической стружки с заготовки) осуществляется при помощи высокопрочного резца со сменными пластинками (или с напайкой и заточкой под определенным углом). Закрепленный в резцедержателе резец обрабатывает поверхность заготовки, перемещаясь вдоль и поперек оси вращения этой заготовки. Устройство токарных станков должно обеспечить не только соответствующую мощность механизма привода и механизма продольной подачи, но и статичность резца и заготовки.
          Двумя главными параметрами любых токарных станков по металлу являются наибольший диаметр обрабатываемой детали над станиной и наибольшее расстояние между центрами (крайними точками, через которые проходит ось вращения детали). Эти два параметра задают максимальные габариты деталей, с которыми способен работать токарный станок.
Для изготовления на станках требуемой детали рабочим органам станка необходимо сообщить определенный, иногда достаточно сложный комплекс согласованных движений, при которых с заготовки снимается в виде стружки избыточный материал (припуск).

1.3            Сверлильные станки с ЧПУ

Сверлильный станок с ЧПУ - разновидность станков для обработки заготовок путем сверления. От более привычных моделей с ручным или полуавтоматическим управлением такие устройства отличаются наличием числового программного управления (ЧПУ). Это позволяет автоматизировать технологические процессы и выпускать детали с установленными характеристиками в серийном режиме.

Сверлильные станки с ЧПУ, в отличие от обычных моделей, управляются посредством специальной программы, которая содержит все параметры выполняемой обработки. При помощи станков данного типа можно обрабатывать детали фланцевого, корпусного и плоскостного типа, используя для этого режущий инструмент различного назначения (сверла, развертки, зенкеры и прочее). На большинстве станков, оснащенных системой ЧПУ, можно с высокой точностью выполнять весь комплекс сверлильно-фрезерных операций с заготовками различной формы.

На современном рынке представлен обширный ассортимент сверлильных станков с системой ЧПУ. Так, для приобретения в соответствии с потребностями конкретного производства сегодня доступны:

‾            станки с ЧПУ вертикально- и горизонтально-сверлильной группы;

‾            оборудование с одной шпиндельной головкой или их набором;

‾            аппараты, на которых инструмент сменяется вручную, применяются револьверные головки или специальные инструментальные магазины;

‾            многооперационный сверлильно-фрезерный станок с ЧПУ, эффективно используемый для комплексной обработки заготовок, отличающихся даже сложной конфигурацией.

Рисунок 3 – Сверлильный станок с ЧПУ

Благодаря универсальности, которой обладают сверлильные станки, оснащенные системой ЧПУ, их можно причислить к той же категории, к которой относится расточное, а также координатно-расточное и бесконсольно-фрезерное оборудование с вертикальной компоновкой рабочей головки. Поскольку такие станки необходимы для выполнения различных технологических операций, их конструкция выполняется с более высокой жесткостью, а также точностью компоновки всех составных элементов. В большинстве станков, относящихся к данной категории, точность позиционирования подвижных элементов конструкции составляет ±0,025–0,05 мм.

ГЛАВА 2 ПРИМЕНЕНИЯ ЧПУ СТАНКОВ

2.1 Аэрокосмическая индустрия

Обработка с ЧПУ широко используется в аэрокосмической промышленности, в которой часто необходимы высокоточные детали со сложной геометрией из редких или труднообрабатываемых материалов. В этом секторе обрабатываемые с ЧПУ аэрокосмические детали часто имеют критически важное значение и поэтому должны изготавливаться с наивысшим уровнем точности и аккуратности.

Рисунок 4 – Аэрокосмическая обработка

Компоненты для аэрокосмического оборудования должны отвечать строгим требованиям по плоскостности, закругленности, цилиндричности, в то время как допустимые отклонения не должны превышать 0,00004 дюйма (или 1 микрона). Все эти требования к компонентам могут быть выполнены только с помощью компьютерной обработки. Иногда геометрия детали настолько сложна, что ее можно достичь только с помощью пятиосевой системы обработки с ЧПУ.

Типичные примеры деталей, произведенных на ЧПУ-станках для аэрокосмической отрасли, включают:

‾       компоненты шасси;

‾       титановые обшивки;

‾       втулки;

‾       профили крыла;

‾       коллекторные трубы;

‾       статорные сборки;

‾       корпуса редуктора;

‾       электрические разъемы.

Многие различные материалы могут быть использованы в аэрокосмической обработке с ЧПУ-обработкой; алюминий, нержавеющая сталь, латунь, никель, бронза, керамика, пластик, магний, титан и различные сплавы.

Станки с ЧПУ используют все известные производители самолетов, вертолетов и космических аппаратов, включая аэрокосмические корпорации и национальные космические агентства разных стран.

2.2 Автомобилестроение

ЧПУ-станки в автомобильной промышленности пользуются большим спросом, так как производители стремятся извлечь выгоду из многих преимуществ процесса, включая скорость, автоматизацию, повторяемость и возможность производить компоненты по индивидуальным требованиям.

ЧПУ-обработка также используется в автомобильной промышленности для изготовления прототипов. ЧПУ-станки позволяют создавать высококачественные функциональные прототипы, которые можно тестировать и проверять перед началом серийного производства.

Благодаря широкому разнообразию поддерживаемых материалов, ЧПУ-обработка может использоваться для изготовления всевозможных прототипов для транспортных средств, включая металлические или пластиковые детали для применения под капотом или для демонстрации конструктивных особенностей автомобильных интерьеров. Компоненты освещения, такие как крышки фар, например, могут быть быстро изготовлены с помощью ЧПУ и прозрачных акриловых материалов.

Рисунок 4 – ЧПУ-обработка, изготовления прототипов

В автомобильной промышленности на станках с ЧПУ чаще всего производят:

‾         Внутренние панели кузова;

‾         Пусковые двигатели;

‾         Моторные отсеки и головки цилиндров;

‾         Ведущие мосты;

‾         Коробки передач;

‾         Специализированные компоненты и запчасти.

Автоконцерны, использующие ЧПУ-станки в своем производстве: Rolls-Royce, Mercedes-Benz, Mazda, Nissan.

2.3 Электросвязь

Высокоточная обработка на станках с ЧПУ также повсеместно применяется в телекоммуникационном секторе. Как и в случае с аэрокосмическими компонентами, телекоммуникационные части часто используются в критически важных приложениях, в которых отказ просто невозможен. Достижение этого уровня надежности часто требует использования деталей, которые соответствуют невероятно малому допустимому отклонению.

Обычно используемые материалы в этом секторе включают алюминий, нержавеющую сталь и латунь.

Примеры телекоммуникационных деталей, которые часто производятся на станках с ЧПУ:

‾         Радиаторы;

‾         Гофрированные рупоры;

‾         Компоненты микроволновых антенных мачт;

‾         Корпуса и обшивки;

‾         Оборудование, защищающее от радиочастотных помех.

Мировые телекоммуникационные компании, использующие ЧПУ-обработку в своем производстве: Deutsche Telekom AG, America Movil, China Telecom, Verizon Communications Inc.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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 занятиях позволяет приблизить образовательный процесс к реальным производственным условиям, погрузить студентов в нюансы реальных технологических процессов, знакомит с профессиями токарь, фрезеровщик, инженер, оператор ЧПУ.

В результате исследования были выявлены основные типы станков с ЧПУ, включая фрезерные, токарные и сверлильные станки. Классификация станков с ЧПУ может быть осуществлена на основе функциональных возможностей и областей применения, таких как размер обрабатываемых деталей, тип материала, способ крепления заготовки и т.д.

Станки с ЧПУ являются неотъемлемой частью современных производственных процессов в различных отраслях промышленности, в аэрокосмической индустрии, в автомобилестроении, в электросвязи, и позволяют значительно увеличить производительность, точность и качество обработки деталей, а также сократить затраты на производство.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1.     Андреев Г. И. Работа на токарных станках с ЧПУ с системой ЧПУ FANUC / Г. И. Андреев. - СПб, 2005. - 42 с.  ISBN 978-5-89368-979-2.

2.     Глебов И.Т. Учимся работать на фрезерном станке с ЧПУ: Екатеринбург: УГЛТУ, 2018. – 115 с. ISBN 978-5-02-039272-4.

3.     Жолобов Ж.А., Мрочек А.В., Аверченков М.В., Терехов В.А. Станки с ЧПУ: устройство, программирование, инструментальное обеспечение и оснастка учеб. пособие / А.А. Жолобов, Ж.А. Мрочек, А.В. Аверченков, М.В. Терехов, В.А. Шкаберин. – 2-е изд., стер. – М.: ФЛИНТА, 2014.– 355 с. ISBN 978-5-9765-1830-8.

4.     Виды станков с ЧПУ - [Электронный ресурс], URL: https://infofrezer.ru/stati/vidy-stankov-s-chpu/ (дата обращения: 12.05.2023).

5.     Историческое развитие станков с ЧПУ - [Электронный ресурс], URL: http://ohtaspb.ru/articles/istoricheskoe_razvitie_chpu_stankov/ (дата обращения: 12.05.2023).

6.     Коллекция работ по станкам с ЧПУ - [Электронный ресурс], URL: https://cncmodelist.ru/kollektsiya-rabot.html (дата обращения: 12.05.2023).

7.     Кряжев Д. Ю. Фрезерная обработка на станках с ЧПУ с системой ЧПУ FANUC / Д. Ю. Кряжев. - СПб, 2005. - 41 с. ISBN 978-985-503-547-4

8.     Примеры станков с ЧПУ - [Электронный ресурс], URL: https://kospas.ru/sistemy-cnc (дата обращения: 12.05.2023).

9.     Что такое станок с ЧПУ - [Электронный ресурс], URL: https://trace-magic.ru/stati/stanki-s-chpu/chto-takoe-stanok-s-chpu (дата обращения: 12.05.2023).

Скачано с www.znanio.ru