Станки с программным управлением
Станки с ЧПУ (числовым программным управлением) за полвека приобрели массовую популярность среди производственников. Потребность в таком оборудовании возникает не только при изготовлении высокоточных элементов. Работа на станках автоматах увеличивает производительность, а значит и экономическую выгоду. О том, какой принцип работы станка с ЧПУ и как сделать станок с программным управлением своими руками читайте в этой статье.
Сердцем и мозгом для программируемого автомата является контроллер. Он управляет всеми действиями станка по заданной программе. Для промышленной автоматики под контроллером понимают модуль, состоящий из микропроцессорного устройства, оперативной, постоянной памяти, модулей входа/выхода, источника питания. Блок-схема простейшего контроллера показана на рисунке.
Процессор выполняет программу – обрабатывает данные, полученные от оператора и датчиков. Сама программа хранится в долговременной памяти и заносится туда с помощью программатора на заводе, либо оператором. Главной задачей микропроцессорного устройства является анализ входных данных и выдача низковольтных управляющих сигналов на выход. Модуль выхода – устройство согласования по току и напряжению между нагрузкой (двигателями станка) и полупроводниковой автоматикой. Оно может состоять из мощных тиристоров, транзисторов или IGBT-модулей. Входной модуль преобразует аналоговые сигналы, полученные от датчиков в цифровую форму, а если предусмотрен ввод данных с персонального компьютера (чаще всего это LPT-порт или COM-порт), то этот модуль служит интерфейсом. Промышленный контроллер выполняется в виде законченного устройства на печатной плате или в пластмассовом корпусе и может оснащаться жидкокристаллическим дисплеем и кнопками ввода параметров.
Как осуществляется управление работой станка? Управляющие сигналы в нужный момент включают и выключают двигатели или клапаны (для систем, работающих на сжатом воздухе). В системах с более сложной структурой контроллер задаёт количество оборотов (для шаговых двигателей и сервоприводов) и скорость вращения. Всё остальное – механическая часть. С помощью системы передаточных механизмов (кулачковые, кривошипно-шатунные и др.) вращательное движение мотора преобразовывается в обратно поступательное перемещение рабочих частей станка. Также по заданной программе контролирующий блок регулирует подачу тока. Например, в станках контактной сварки контроллер регулирует силу тока, подаваемого на электроды, длительность импульсов и их количество в соответствии с параметрами, вводимые оператором. Само программирование станка ЧПУ выполнено, в данном случае, еще на заводе, а ввод параметров при перенастройке под новый вид продукции делает оператор и для этого вовсе не нужны специальные навыки в программировании. В этом и заключается числовое программное управление.
На первый взгляд всё может показаться сложным, но в действительности можно сделать станок с ЧПУ своими руками. Доказательством этому служат многочисленные фото отчёты на разных форумах, посвящённых этой теме. Что нужно для того, чтобы собрать самодельный станок с ЧПУ? Всю работу можно разделить на два этапа – создание механической части и монтаж электронной схемы управления. Какие бы ни выполнял задачи станок, принципы построения всегда одинаковы. Если это гравировочный настольный станок, то нужны две оси движения фрезы по плоскости, подшипники, шаговые двигатели и т.д. Если это токарный мини станок, нужна одна ось движения резца. Сама компоновка элементов и их надёжность зависит от опытности и творческих способностей изобретателя, а также закладываемого бюджета. От выбора направляющих и типа конструкции зависит то, насколько точным будет движение фрезы, будут ли вибрации и раскачивание при торможении.
Что касается электронной части, иногда в качестве программируемого устройства используют персональный компьютер как часть контроллера, хотя всё зависит от типа станка. На компьютере легко моделировать форму будущей детали и через LPT-порт отправлять на простенькое цифровое устройство, которое в свою очередь обрабатывает полученную информацию и формирует управляющие сигналы для ведущих приводов. Программа для работы с микроконтроллерами, например Mach3, преобразует загруженную картинку в стандартный G-код и отправляет на обработку плате управления.
Таким образом, применение в станкостроении числового программного управления, позволяет не только повысить производительность, но и выполнять задачи, которые невозможно выполнить на механических станках. При ясном понимании принципов работы таких станков можно сконструировать несложный аппарат самостоятельно, если есть желание и финансы.
