Современные фрезерные станки с ЧПУ способны в автоматическом режиме проводить обработку заготовок, обеспечивая высокое качество и интенсивный темп выпуска изделий. Однако автоматическая обработка не означает полного исключения человека из технологической производственной цепочки. Просто, в отличие от станков прежних моделей — с полностью ручным управлением — автоматический фрезерный станок с ЧПУ освобождает оператора от непосредственного участия в процессе обработки. Тем не менее, подготовка производства, а главное — разработка управляющих программ для станка, остаётся главным условием обеспечения качественной обработки заготовок.
Управляющая программа для фрезерного станка с ЧПУ представляет собой, по сути, набор кодов, которые преобразуются микроконтроллером ЧПУ в импульсы для исполнительных элементов — шаговых электродвигателей (или серводвигателей для некоторых моделей станков). В свою очередь, управляющие импульсы преобразуются электродвигателями в механическое движение инструментального портала, несущего шпиндель с фрезой. Таким образом, станок реализует заложенный в управляющую программу маршрут движения фрезы относительно заготовки и обеспечивает требуемую скорость обработки и силу резания.
Маршрут обработки «прописывается» в файле управляющей программы с помощью современного программного обеспечения (в т. н. САМ-среде). Однако маршрут обработки не может быть создан «из ничего» — в качестве базиса должен выступать эскиз будущего изделия.
Основа программы обработки
Эскизом для создания программы обработки выступает трёхмерная математическая модель — точная виртуальная копия готового изделия. Подобно сборочному чертежу, 3D-модель строится на базе «плоских» двухмерных изображений (например, чертежей детали). Такое построение выполняется в CAD-программе, типичным представителем которой является пакет AutoCAD.
Программы подобные AutoCAD относятся к системам автоматического проектирования (САПР) и широко применяются в конструкторских бюро и промышленности. САПР-пакеты позволяют автоматизировать и упростить весь цикл разработки конструкторской документации — от создания эскиза детали, до компоновки сборочных единиц и 3D-моделирования изделия в целом. Как описано выше, САПР-пакеты являются базисом для создания управляющих программ и их отправки на автоматические станки для непосредственного производства изделий.
От эскиза до изготовления
Типичной стратегией производства изделий на фрезерных станках с ЧПУ является:
- 1. создание «плоского» 2D-эскиза детали;
- 2. разработка 3D-модели изделия (на базе двухмерного эскиза);
- 3. программирование маршрута обработки (траектория движения фрезы строится на базе 3D-модели изделия);
- 4. экспорт управляющей программы в специальном формате («понятном» для контроллера ЧПУ конкретной модели фрезерного станка);
- 5. загрузка управляющей программы в память контроллера ЧПУ фрезерного станка и запуск процесса обработки.
Первый этап базируется на работе с конструкторской документацией: при подготовке к производству изделий, на основании чертежей сборочных единиц и более мелких узлов (вплоть до отдельных деталей), разрабатываются подробные чертежи — с необходимым количеством видов, разрезов, сечений и простановкой размеров. Сравнительно недавно в условиях производства на базе чертежей отдельных деталей создавались операционные карты, предназначенные для непосредственного выпуска деталей рабочими на ручных фрезерных станках. С появлением автоматического оборудования необходимость в операционных картах («нападках на операцию») отпала. Более того, подробные чертежи деталей, скорее всего, изначально выполняются в электронном виде. Если же нет, 2D-эскиз может быть получен оцифровкой бумажного чертежа (с помощью той же программы AutoCAD).
Второй этап — разработка 3D-модели — также осуществляется в CAD-среде, позволяющей не просто визуализировать каркас детали, сборочных узлов или всего изделия, но и провести расчёты на прочность и жёсткость конструкции. Таким образом, взятая за базис 3D-моедль является математической копией полноценного изделия. И для его воплощения «в материале» остаётся лишь изготовить деталь с необходимой степенью точности.
Для этого существует третий этап — создание маршрута обработки. Эта работа относится к технологической части подготовки производства, влияющей на качество, темп и себестоимость выпуска изделий. Применительно к использованию фрезерного станка с ЧПУ, создание маршрута обработки сводится к преобразованию 3D-эскиза — ограничению области обработки, заданию чистовых и черновых переходов, определению нужного типа фрезы, программированию режимов резания и т. п. Специальная программа — постпроцессор — позволяет экспортировать эти данные в том формате, который будет воспринят контроллером ЧПУ конкретной модели станка. Таким образом, финальная стадия четвёртого этапа позволяет получить рабочий файл управляющей программы для изготовления нужной детали.
Пятый — завершающий — этап означает загрузку управляющей программы в память фрезерного станка с ЧПУ и выполнение обработки. После чего первый образец детали может быть подвергнут контрольной проверке. При выявлении отклонений, ошибки в электронных документах оперативно устраняются. Тем самым предотвращается запуск в производство бракованных изделий.
Если же контрольный образец детали полностью соответствует требованиям, изделие запускается в серийное производство. При этом идентичность отдельных деталей в партии и точность их размеров (в пределах допуска) обеспечивается характеристиками фрезерного оборудования (как правило, точность современных моделей фрезерных станков с ЧПУ составляет десятые доли миллиметра).
Их вышеописанного очевидно, что создание первичного эскиза является базисом всего последующего цикла производства изделий. А значит CAD-программы для разработки двух- и трёхмерных моделей являются важнейшим элементом работы на современных фрезерных станках с ЧПУ.