Использование ЧПУ, как на профессиональном уровне, так и на уровне любителей, является не только увлекательным процессом, но и направлением производства. Существует очень много аспектов и этапов, вовлеченных в сквозной процесс понимания и реализации ЧПУ, и, хотя было опубликовано несколько книг по определенным аспектам или темам (таким как программирование G-кода, создание станка с ЧПУ, и т. д.), до сих пор не было написано книг, которые бы помогли читателю пройти через весь процесс. Целью данной книги не является замена какой-либо ранее написанной информации по этой теме или углубление в какую-либо конкретную область. Однако к тому времени, когда читатели закончат читать эту книгу, у них будет четкое понимание всего процесса ЧПУ с нисходящей сквозной перспективы.
Предисловие
На любой вопрос, касающийся важности NC-технологии в наши дни для снижения издержек и себестоимости производства, можно ответить очень просто: NC-технология еще более важна, чем когда-либо прежде!
NC-станки стали стандартным оборудованием и, кроме того, соответствуют специальным требованиям промышленной технологии. Неизбежным результатом эволюции NC-станков стали системы CAD/CAM, обладающие эффективностью, скоростью, функциями обработки данных и автоматической функционированием. NC и CNC обеспечили развитие новых технологий, которые при других обстоятельствах были бы невозможны, например, лазерной обработки, стереолитографии и высокоскоростного резания. Были радикально пересмотрены, упрощены, улучшены и удешевлены многие решения в области станкостроения.
Значительный вклад внесли также изготовители устройств управления. Эти изготовители разрабатывают новое поколение устройств управления CNC примерно каждые четыре года, причем каждое поколение является более компактным и эффективным. Новые устройства управления не только почти в десять раз быстрее; они могут также гораздо эффективнее адаптироваться к обновляющемуся парку машин и вспомогательного оборудования. Поскольку в устройства управления всегда включаются новые специальные функции, то для обеспечения надежной поддержки пользователя, выполняющего свою важную задачу, необходимы мониторы и графические средства. Однако, несмотря на все усилия, предпринимаемые для упрощения эксплуатации, к оператору, который должен работать с этими сложными станками, предъявляется все больше требований. Поэтому правильное понимание и использование станков требует неуклонно растущих специальных знаний в области NC.
Ни одна большая компания не может позволить себе производить только простые детали с помощью примитивных NC-станков. Эти детали дешевле закупить у субподрядчиков, которых можно найти практически по всему миру. В остальных, более сложных технологических операциях скорее имеется явная тенденция к системам CAD/CAM. Хотя цеховое программирование до сих пор важно, из-за отсутствия стандартизации различных систем оно несколько потеряло значение, приписываемое ему всего несколько лет назад.
С другой стороны, будет значительно расти число систем CAD. Такие задачи, как прямое получение геометрических данных для рельефных поверхностей, распределенная обработка объёмных деталей на нескольких обрабатывающих центрах в FMS или одновременная обработка детали несколькими инструментами на токарном центре предъявляют к персоналу NC большие требования. Этот персонал обладает опытом, необходимым для оптимальной обработки на станке, и, следовательно, может пользоваться преимуществами этих систем.
Базовые знания по NC больше недостаточны. Сейчас важно использовать все функции, предназначенные для реализации автоматической работы, упрощения программирования, сокращения времени, необходимого для операции, создания деталей лучшего качества и, таким образом, обеспечения рентабельности. Это могут выполнять только люди, знающие, как работать с этими программируемыми станками. Они должны гарантировать, что затраты на программирование и эксплуатацию будут “окупаться” лучшими результатами. Рабочий, который недостаточно знаком с доверенными ему NC-станками, не будет способен использовать их в полной мере.
Несмотря на заявления поставщиков, что оборудование будет работать практически само, обучение по NC становится все более и более важным.
Данное руководство по NC/CNC тоже пришлось адаптировать к этой эволюции с самого начала. Целью руководства является предоставление необходимых базовых знаний, но оно должно, кроме того, затрагивать перспективные разработки NC-технологии и обращать внимание на преимущества, которые они обеспечивают. Эти задачи невозможно решить простым перечислением технических характеристик.
Опыт, открытия и вводная информация тоже должны поясняться доходчиво.
Поэтому мы выражаем нашу благодарность всем изготовителям, пользователям и преподавателям, поддержавшим это новое издание своими советами, рекомендациями и информацией об изделиях. Автор и издатель весьма признательны за эту поддержку, которая позволила нам с помощью этого издания вновь удовлетворить читательский спрос на новейшие данные.
Ганс Б. Кейф
Вехи развития NC
Идея управления устройством с помощью запомненных команд, которая используется в современных NC-станках, восходит к 14 веку. Она началась с колоколов, управляемых барабанами с остриями.
1808
Джозеф Жаккард использует металлические перфорированные карты для автоматического управления механическими ткацкими станками, изобретая, таким образом, первый сменный носитель данных для управления станком.
1863
M. Форно патентует механическое фортепьяно, которое получает мировую известность как “пианола”. В этом фортепьяно бумажная полоса шириной приблизительно 30 см содержит отверстия для управления подачей сжатого воздуха, который, в свою очередь, воздействует на механизм клавиатуры. Далее этот метод улучшается, поэтому со временем появляется возможность управлять тоном, интенсивностью воздействия и скоростью подачи рулона бумажной ленты.
Так были изобретены бумажный носитель данных и управление вспомогательными функциями.
1939
Во время своей докторской работы в MIT (Массачусетском технологическом институте) Клод E. Шеннон делает вывод о том, что быстрое вычисление и преобразование данных требует двоичного представления и булевой алгебры, и что для элемента, используемого для этих целей, единственным реалистическим выбором являются электронные ключи. Так была заложена основа современных компьютеров, включая устройства числового программного управления.
1946
Доктор Джон В. Мокли доктор Дж. Приспер Экерт создали для вооруженных сил США первый цифровой электронный компьютер UNIAC.
Так была создана основа электронной обработки данных.
1949 – 1952
Военно-воздушные силы США заключили в Массачусетском технологическом институте контракт с Джоном Парсонсом и другими на разработку “системы для станков, которая прямо управляет положением шпинделей посредством выходных данных вычислительной машины и изготавливает деталь, как доказательство правильного функционирования системы”.
Подход Парсонса к этой идее можно резюмировать четырьмя важнейшими моментами:
1. Координаты рассчитанной траектории хранятся на перфокартах.
2. Перфокарты автоматически считываются станком.
3. Координаты, считанные станком, преобразуются в непрерывный выходной сигнал, и дополнительные промежуточные значения рассчитываются внутри системы, так что…
4. Перемещением по осям управляют серводвигатели.
Этот станок предназначался для производства все более сложных цельных деталей, необходимых для авиационной промышленности. Некоторые из этих деталей можно было очень точно описать с помощью относительно небольшого количества математических данных, но их было очень трудно изготавливать ручными методами. С самого начала эта разработка включала в себя связь компьютеров и NC.
1952
Первый станок с числовым программным управлением - Cincinnati Hydrotel с вертикальным шпинделем, - вступает в строй Массачусетском технологическом институте. Система управления построена на электронных лампах. Она обеспечивает одновременное движение по трем осям (3-мерная линейная интерполяция) и принимает данные с двоично-кодированных перфолент.
1954
Купив права на патент Парсонса, Бендикс создает первую промышленно изготавливаемую систему NC. В ней все еще используются электронные лампы.
1957
Военно-воздушные силы США устанавливают в своих цехах первые фрезерные NC-станки.
1958
В связи с появлением компьютера IBM 704 вводится первый язык символического кодирования, АРТ.
1960
Системы NC, основанные на транзисторной технологии, заменяют существующие устройства управления, использующие реле и лампы.
1965
Автоматическая смена инструментов повышает степень автоматизации в данной области.
1968
Технология, основанная на ИС (интегральных схемах), делает устройства управления более компактными и надежными.
1969
Первая система DNC в США включает в себя компьютеры IBM и “Omnicontrol” (Sundstrand).
1970
Появляется автоматическая смена палет.
1972
Первые системы NC со встроенными миникомпьютерами массового производства открыли новое поколение мощного компьютерного NC (CNC), которое, в свою очередь, очень быстро заменили микропроцессорные системы CNC.
1976
Микропроцессоры революционизируют технологию CNC.
1978
Внедряются гибкие производственные системы.
1979
Появляются первые примеры интеграции CAD/CAM.
1980
Средства программирования, встроенные в системы CNC, вызывают идеологический конфликт за и против устройств управления с ручным вводом данных.
1984
Мощные системы CNC с графическими средствами программирования устанавливают новые стандарты для программирования “в цехе”.
1986/1987
Стандартизованные интерфейсы открыли путь к идеальному автоматизированному предприятию обрабатывающей промышленности, основанному на совместимости обмена данными: CIM.
1990
Цифровые интерфейсы между NC и приводами улучшают точность и характеристики регулирования в отношении NC-осей и главного шпинделя станка.
1992
“Открытые” системы CNC позволяют изготавливать заказные модификации, операции и функции для каждого отдельного покупателя.
1993
Линейные приводы находят свое первое стандартизованное применение в обрабатывающих центрах.
1994
Использование в системе CNC геометрического примитива NURBS как метода интерполяции, завершает комбинацию CAD, CAM и CNC в одном технологическом процессе.
1996
Новшествами являются цифровое управление приводами, точная интерполяция при разрешающей способности в субмикронном диапазоне (<0.001 мкм), и скорости подачи до 100 м/мин.
1998
Гексаподы и многофункциональные станки усовершенствованы до такой степени, что могут использоваться в промышленности.
