ЧПУ станки: что это такое, виды, принцип работы и применение

Ключевые технические параметры станков с ЧПУ

Ключевая особенность станков с ЧПУ — это автоматизация технологического процесса. Управление перемещением шпинделя и рабочего инструмента осуществляется по заранее прописанному алгоритму (управляющей программе), что позволяет точно выполнять обработку сложных контуров. Такой подход значительно повышает скорость и снижает вероятность ошибок.

Процесс обработки на станках с ЧПУ основан на принципе послойного снятия лишнего материала с заготовки. В отличие от ручных методов, такие станки универсальны и могут работать с множеством металлов: титан, латунь, алюминий, сталь, медь.

Чистовая обработка сложнопрофильной пресс-формы из алюминия на вертикально фрезерном ОЦ

Технология базируется на связке CAD (автоматизированное проектирование) и CAM (автоматизированное производство). Это гарантирует точное соответствие готового изделия цифровой 3D-модели. Система позволяет оператору загружать программу, задавать режим обработки и контролировать процесс без необходимости постоянного вмешательства.

Ключевые преимущества:

• высокая производительность;

• точность до микрон;

• минимизация ошибок;

• сокращение времени производства;

• возможность создания сложных компонентов.

Классификация станков с ЧПУ

Есть несколько главных моделей ЧПУ станков, каждая из которых решает свои технологические задачи:

• Фрезерные — универсальное оборудование для механической обработки заготовок с любой геометрией.

• Токарные — применяются для высокоточной обработки круглых и конусных поверхностей.

• Сверлильные устройства — применяются для сверления, нарезания резьбы и растачивания отверстий в заготовках.

• Лазерные — обеспечивают высокоточную резку и гравировку с минимальными погрешностями.

• Плазменные — пригождаются для резки металла повышенной толщины.

• Универсальные многофункциональные комплексы — совмещают несколько функций (фрезерование, сверление, нарезание резьбы и др.) на одной единице оборудования.

• Станки с ЧПУ «гаражного» типа — это компактные и надёжные установки базового уровня, идеально подходящие для начинающих предпринимателей, которые запускают собственное производство в гараже. Они обеспечивают точную обработку деталей и позволяют стартовать в сфере ЧПУ без крупных вложений.

Современное оборудование включает функции автосмены инструмента, многокоординатное управление и гибкую систему программирования, что делает его универсальным решением для различных отраслей.

5-координатный обрабатывающий фрезерный центр STANZA серии FH

Уровни автоматизации станков с ЧПУ

Современные станки с числовым программным управлением классифицируются по функциональности системы управления. Ключевая особенность современной автоматизации — уровень гибкости управления, влияющий на точность, скорость и производительность.

Основные уровни автоматизации

• Базовый уровень (индикация координат)
  Применяется на простых металлообрабатывающих станках с цифровыми дисплеями (DRO). Такие системы не требуют сложного программирования и подходят для сверлильных или фрезерных операций с ручным управлением перемещениями.
  

• Позиционное управление (Point-to-Point)
  Позволяет инструменту автоматически перемещаться между заданными координатами. Часто используется в серийном производстве для выполнения однотипных технологических операций: сверления, зенкерования, расточки.
  

• Контурное управление (Contouring)
  Поддерживает непрерывное движение инструмента по траектории, что необходимо для фрезерования и обработки сложных 3D-поверхностей. Именно этот тип управления является стандартом на большинстве современных станков.
  

• Многофункциональные системы управления
  Совмещают позиционное, контурное и циклическое управление, поддерживают работу в нескольких координатных плоскостях, синхронизацию осей, корректировку параметров в реальном времени. Такие системы идеально подходят для высокоточного производства деталей сложной геометрии.
  

• Циклическое управление (Canned cycles)
  Используется для повторяющихся операций — сверления, нарезания резьбы, фрезеровки отверстий и карманов. Позволяет существенно сократить время программирования и переналадки оборудования.

Автоматическая смена инструмента

Современные ЧПУ-станки различаются по способу смены инструмента — это напрямую влияет на производительность и гибкость производства:

• Револьверные головки
  Используются на токарных станках. Обеспечивают быструю и точную смену резцов, что особенно важно при обработке серийных деталей.
  

• Цепной или барабанный тип смены инструмента (ATC — Automatic Tool Changer)
  Применяется на фрезерных и многооперационных центрах. Магазины могут вмещать от 12 до 120 и более инструментов, обеспечивая непрерывную работу без участия оператора.

Основные области применения ЧПУ-оборудования

Станки с числовым программным управлением пользуются спросом в различных сферах промышленности благодаря своей универсальности и высокой точности обработки.

Металлообработка и машиностроение

С их помощью изготавливают:

• кузовные панели и цилиндровые головки,

• трансмиссии,

• стартерные двигатели,

• строительная техника,

• бытовая и холодильная техника.

Аэрокосмическая отрасль

Высокоточная обработка титановых и композитных элементов делает ЧПУ незаменимыми для производства самолетов и космической техники.

Медицина

Установки используются для изготовления микроэлементов медицинского оборудования с идеальной чистотой поверхности и без возможности на ошибку.

Почему выгодно применять станки с ЧПУ

Такие станки — важная часть сегодняшнего производства, где ценятся скорость, точность и стабильность.

1. Автоматизация и снижение человеческого фактора.
Процесс обработки деталей выполняется с минимальным участием оператора: вся работа инструмента и шпинделя задаются компьютерной программой. Это позволяет сократить количество ошибок и ускорить работу.

2. Высокая точность.
Каждое действие контролируется системой управления, что обеспечивает стабильное качество изделий даже при массовом производстве. Станок способен неоднократно воспроизводить один и тот же цикл без отклонений от заданных параметров.

3. Гибкость переналадки.
Переналадка станков с ЧПУ на выпуск новой детали — это не просто смена управляющей программы, а полноценный технологический процесс. Помимо загрузки нового файла, выполняется замена или корректировка оснастки, производится привязка координат изделия, а также настройка режимов резания под конкретный материал и геометрию заготовки.

Оператор станка проводит наладку станка перед обработкой по программе

В ряде случаев часть инструмента может быть использована повторно, однако точность и стабильность обработки обеспечиваются только при комплексной адаптации всех параметров. Такой подход позволяет гибко перестраивать производство под различные типы изделий — от простых металлических элементов до сложных корпусных деталей.

4. Обработка сложных контуров и крупногабаритных деталей.
Современные фрезерные, токарные, лазерные и плазменные модели с ЧПУ обеспечивают высокоточную многокоординатную обработку материалов. Это позволяет создавать сложные детали, которые невозможно произвести традиционными ручными методами.

5. Повышение безопасности и надежности.
Автоматизированная система уменьшает вероятность травм сотрудников и гарантирует длительную и стабильную работу оборудования. Оборудование оборудовано защитными механизмами и датчиками, отслеживающими каждое действие.

6. Непрерывность производства.
Инструмент способен работать в круглосуточном режиме, что особенно важно для серийного и крупносерийного производства. Это позволяет значительно повысить производительность и свести к минимуму время изготовления продукции.

За счёт своих достоинств оборудование с ЧПУ активно используется в металлообработке, машиностроении, авиационно-космической отрасли, приборостроении и других направлениях промышленного изготовления.

Базовые конструктивные узлы и детали станков с ЧПУ

Инструменты с ЧПУ представляют собой сложные технологические комплексы, в которых каждая часть играет ключевую роль в точности и надежности работы. Конструкция и функциональность устройства позволяют контролировать все этапы обработки материала в автоматическом режиме.

1. Принцип обработки деталей и изделий

Принцип обработки заключается во взаимодействии режущего инструмента и заготовки, движение которых полностью контролируется системой ЧПУ. Например, во фрезерном станке заготовка фиксируется на рабочем столе, а инструмент автоматически устанавливается в шпиндель из магазина. Частота вращения шпинделя задаётся в зависимости от материала, типа обработки и диаметра инструмента.

Далее, с помощью двигателей, системы ШВП и направляющих, рабочий стол с заготовкой перемещается по заданной программе, а инструмент следует вдоль контура или поверхности обработки. В результате последовательных возвратно-поступательных движений снимается избыточный слой материала, формируя деталь требуемой формы и качества.

2. Панель и модуль управления ЧПУ

Этот блок является «мозгом» станка и отвечает за ввод, обработку и исполнение управляющей программы. Через панель управления оператор передает в систему ЧПУ готовый набор команд, определяющих последовательность действий механизма. Программа может загружаться напрямую с панели, через флеш-накопитель или по сети.

Панель управления фрезерным станком ЧПУ Mitsubishi

Модуль управления считывает и расшифровывает код, строит траектории движения (линейные, круговые, спиральные), формирует команды для приводов осей и контролирует точное положение инструмента. Также он координирует работу всех вспомогательных функций, обеспечивая согласованное и точное выполнение операций.

3. Приводная система и системы передачи движения

Приводная система — это ключевой элемент, обеспечивающий точное и стабильное перемещение инструмента и заготовки по заданным траекториям. В зависимости от конструкции станка могут использоваться сервоприводы. От их надежности напрямую зависят плавность обработки, точность установки координат и повторяемость перемещений.

Не менее важную роль играет система передачи движения, включающая шарико-винтовые пары (ШВП) и направляющие — как качения, так и скольжения. Эти элементы отвечают за преобразование вращательного движения в поступательное, минимизируют люфты, обеспечивают стабильность подачи и высокую точность перемещений.

Именно качество и тип направляющих, а также конфигурация ШВП являются одним из ключевых факторов при выборе оборудования, особенно для высокоточной и серийной обработки.

4. Система контроля обратной связи

С помощью датчиков положения осуществляется постоянный мониторинг координат режущего инструмента, позволяющий корректировать движение в реальном времени для высокой точности обработки. Это позволяет исключить ошибки и обеспечить стабильность размеров и геометрии детали.

Виды ЧПУ-станков: полный гайд от экспертов «Промойл»

Применение ЧПУ-технологий обеспечивает стабильную точность, повторяемость операций и экономию времени.

Классификация по способу обработки материала

Сверлильные установки и координатно-расточные станки относятся к группе точечного метода обработки. Он заключается в том, что инструмент перемещается от одной координаты к другой, фиксируясь в конкретной зоне обработки. Такой принцип особенно эффективен при сверлении и расточке деталей, когда требуется высокая точность осевого положения сверла.

Остальные типы оборудования ЧПУ — токарные, фрезерные и расточные станки — относятся к группе контурного метода обработки. В этом случае материал перемещается относительно режущего элемента, а траектория инструмента формируется автоматически на основе заранее подготовленного CAM-файла. Такой подход обеспечивает высокую точность, позволяет создавать сложную геометрию и оптимизировать время обработки.

Виды систем управления: открытые и замкнутые контуры

Системы ЧПУ подразделяются на два типа:

• Разомкнутая система ЧПУ — используется, например, в настольных гравировальных станках, таких как Neje Master 2 и других моделях с простыми контроллерами. В таких системах информация из управляющей программы преобразуется в команды (G-код), которые напрямую передаются на шаговые двигатели. Обратной связи нет — если двигатель пропустит шаг из-за перегрузки, система не сможет это обнаружить и исправить. Принцип работы: команда — выполнение — результат.
  

• Замкнутая система ЧПУ применяется в промышленных обрабатывающих центрах, например, Solex SV105, Stanza V-650U,  Haas VF-2 или DMG Mori CMX 600. Эти станки оснащены сервоприводами и высокоточными энкодерами, которые формируют контур обратной связи. Датчики непрерывно передают контроллеру информацию о реальном положении и скорости осей. Если возникает отклонение от заданных параметров, система мгновенно вносит коррекцию, поддерживая точную траекторию и стабильную скорость обработки.

Токарное оборудование с числовым программным управлением

Это универсальное решение для точной обработки круглых и конусных заготовок. Он используется в машиностроении, авиационной индустрии, приборостроении.

Станки

В наличии

Токарный обрабатывающий центр с ЧПУ SL3003Y, Solex, Китай

Приводной инструмент:

Да

Макс. проворачиваемый диаметр над станиной:

410 мм

Макс. длина обработки:

300 мм

Диаметр прутка:

45 мм

Максимальная частота вращения шпинделя:

6000 об/мин

Подробнее

Узнать стоимость

В наличии

Токарный станок с ЧПУ SL6320C, Solex, Китай

Макс. проворачиваемый диаметр над станиной:

650 мм

Макс. длина обработки:

2000 мм

Диаметр прутка:

89 мм

Максимальная частота вращения шпинделя:

2000 об/мин

Система ЧПУ:

Fanuc 0i TF Plus

Подробнее

Узнать стоимость

Виды токарного оборудования:

• С прямой станиной — для длинных заготовок большого диаметра (валы, втулки, оси).
  

• С наклонной станиной —  для среднего габарита заготовок и серийного изготовления.
  

• Обрабатывающие центры — многофункциональные станки с двумя и более револьверными головками, 2 шпинделями, а также самостоятельным фрезерным шпинделем типа "Mill Turn" c комбинированным управлением.

Фрезерные обрабатывающие станки

Фрезерные станки с ЧПУ — это промышленное оборудование, предназначенное для высокоточной автоматической обработки поверхностей по заранее заданной траектории. Управление и контроль выполняются с помощью CAM/CAD-систем и постпроцессора, что обеспечивает точное соответствие геометрии детали цифровой модели. Такие станки используются для фрезерования, расточки и сверления металлических заготовок из стали, чугуна, алюминия и сплавов. Благодаря автоматической смене инструмента и высокой повторяемости операций, фрезерные центры с ЧПУ широко применяются в машиностроении, авиакосмической и автомобильной промышленности.

Станки

В наличии

5-осевой фрезерный обрабатывающий центр V-650U, Stanza, Китай

Размер стола:

Ø 650 х 530мм

Макс. нагрузка на стол:

500кг

Максимальная частота вращения шпинделя:

18000 об/мин

Система ЧПУ:

Sinumerik One

Бренд:

Stanza

Подробнее

Узнать стоимость

В наличии

5-осевой фрезерный обрабатывающий центр FH80P-C, Stanza, Китай

Размер стола:

Ø 850мм

Макс. нагрузка на стол при токарной обработке:

1500кг

Макс. нагрузка на стол при фрезерной обработке:

3000кг

Частота вращения (при фрезерной обработке обработке):

40 об/мин

Частота вращения (при токарной обработке):

550 об/мин

Подробнее

Узнать стоимость

Наиболее популярные виды:

• вертикальные;

• горизонтальные;

• портальные;

• 5-осевые.

Благодаря универсальной конструкции оборудование способно обрабатывать как плоские, так и объемные заготовки, работая с алюминием, сталью, пластиком и композитными материалами. Прецизионный инструмент гарантирует аккуратную обработку и отличное качество поверхности.

Лазерные режущие комплексы

Раскрой листовой заготовки на лазерном станке OREE LASER

Существуют 2 главных типа лазерных излучателей:

• CO₂ — пригождается для резки фанеры, неметаллов, резины, бумаги, керамики.

• Волоконный (иттербиевый) — применяется для обработки нержавеющей стали, алюминиевых сплавов, латуни и прочих металлов.

Преимущества лазерной резки:

• высокая скорость и точность обработки;

• чистый рез без заусенцев и деформаций;

• минимальные потери материала и отсутствие брака;

• возможность резки стали, алюминия, нержавейки, меди и других металлов;

• автоматическое позиционирование по заданным координатам из управляющей программы.

Универсальные многооперационные обрабатывающие комплексы

Это технологическое оборудование, которое сочетает функции фрезерования, сверления, зенкерования, нарезания резьбы и точения. Основное преимущество — возможность полной обработки детали без её передвижения между разными станками.

Особенности:

• комбинированная опция контроля;

• прецизионное позиционирование по всем осям;

• интеграция с CAD/CAM-системами;

• достойная производительность и гибкость конфигурации.

Такая модель установки востребована в аэрокосмической отрасли, машиностроении, приборостроении и других сферах, где требуется точная и оперативная обработка сложных элементов.

Базовые принципы программирования ЧПУ-оборудования

Современные станки управляются за счёт специализированного ПО, которое преобразовывает чертежи и 3D-модели в понятные оборудованию управляющие коды. Основой служат G- и M-коды — универсальный язык, за счёт которого система контролирует каждое перемещение резца, фрезы или сверла, устанавливает скорость вращения шпинделя, осевую подачу, параметры охлаждения и другие технологические условия.

Существует два типа программного обеспечения:

• Узкоспециализированное — разрабатывается под конкретные модели станков, учитывает конструктивные особенности корпуса, резцедержателя, конфигурацию приводных головок и координатных столов.

• Универсальное — подходит для большинства токарных, фрезерных, лазерных и плазменных установок с аналогичным принципом работы.

Популярные CAM-системы и управляющие программы

• SprutCAM — отечественная CAM-система, использующая геометрическое ядро NURBS. Программа автоматически просчитывает контурную траекторию, исключает холостые ходы и контролирует возможные столкновения. Это ускоряет выполнение операций и увеличивает эффективность обработки.
  

• MACH3 и Mach4 — универсальное ПО для токарных и фрезерных станков. Отличается простотой в освоении, стабильной работой и поддержкой файлов большого объема.
  

• NX (Siemens) — комплексная CAD/CAM/CAE-система для проектирования сложных узлов, корпусов и деталей из нержавеющей стали, титана, латуни и алюминия. Активно используется в машиностроении, авиа- и судостроении.
  

• ArtCam и SimplyCam — доступные решения для генерации G-кодов, часто применяются на мелких производственных площадках.
  

• LinuxCNC — свободное ПО с поддержкой до 9 осей. Отличается гибкостью и широкими возможностями настройки.
  

• CutViewer — программа для визуализации процесса обработки заготовки, полезна при отладке и контроле производственных этапов.

ПРОМОЙЛ — официальный дистрибьютор SprutCAM. Мы не просто поставляем софт, но и обеспечиваем его полную интеграцию в производственные процессы заказчика.

Этапы работы наладчика и оператора оборудования

Работа со станками с ЧПУ — это не просто загрузка файла и нажатие кнопки «Пуск». Каждый этап требует точности, внимательности и знания технологического процесса.

1. Подготовка управляющей программы
Наладчик загружает G-код, сформированный CAM-системой, через интерфейс станка или сетевую систему. При необходимости выполняется постпроцессинг — адаптация кода под конкретную модель оборудования.

2. Настройка станка
Проверяется правильность конфигурации осей, устанавливается рабочий инструмент — фреза, сверло, резец.. Оператор зажимает заготовку в патроне или тисках на рабочем столе, фиксирует ее положение, определяет нулевые координаты.

3. Проверка параметров
Выполняется контрольная прогонка траектории перемещения резца без контакта с материалом ("по воздуху") — для исключения столкновений и ошибок в программе.

4. Запуск обработки
После проверки наладчик дает разрешение на автоматизированный цикл. Станок начинает выполнять все операции: фрезерование, точение, сверление, раскрой, нарезание резьбы и другие технологические процессы.

5. Мониторинг и регулирование
Оператор контролирует, траекторию перемещения режущего инструмента, усилия при резании, температурный режим, осевую подачу, состояние резака и поверхности детали. При необходимости вносит исправления без остановки основного производственного цикла.

6. Завершение цикла и обслуживание
После окончания обработки программа автоматически останавливается, а шпиндель возвращается в исходное положение. Проводится визуальный контроль детали, измерение полученных геометрических параметров и техническое обслуживание оборудования.

Заключение

Программирование и эксплуатация станков с ЧПУ — это комплексный технологический процесс, где важно не только качественное ПО, но и грамотная настройка оборудования. Стабильность, производительность и скорость обработки металлов напрямую зависят от точности введённых параметров и правильно рассчитанной траектории движения инструмента.

Компания «Промойл» предлагает не просто станки и программное обеспечение, а комплексные решения для металлообрабатывающих предприятий:

• подбор и поставка лицензионного CAM-ПО;

• интеграция в действующие производственные линии;

• обучение операторов и наладчиков;

• техническая поддержка и аналитика.

С нашими решениями вы сможете автоматизировать производство, уменьшить трудозатраты, повысить точность и конкурентоспособность своего предприятия.