Станки для изготовления вывесок - крупным планом

Тем, кто занимается производством электрифицированных или деревянных вывесок

Джонсон Д. Станки для изготовления вывесок - крупным планом // Наружная реклама России. 2002 . №12. C. 54-56

Эта статья, впервые опубликованная в журнале ?Signs of the Times? за август 2002 года, переведена и печатается с письменного разрешения владельца авторских прав. ?ST Media Group International, Inc. www.stmediagroup.com.)

Устройство управления станком

Чтобы облегчить вам жизнь, инженеры-разработчики программного обеспечения для изготовления вывесок создают интерактивные программы, с помощью которых осуществляется управление фасонно-фрезерными станками.

В этих программах фигурируют информационные блоки (на которые можно указывать курсором, чтобы получить необходимые сведения) или же интерактивные вопросы ?да?/?нет?, в которых, к примеру, спрашивается, предпочитаете ли вы призматическое или углубленное фрезерование. Затем программные коды с информацией о вашем завершенном дизайне и с вашими утвердительными ответами отправляются в устройство управления станком (УУС).

УУС, в свою очередь, включает постпроцессор, который работает в связке с компьютерной программой. Во многих системах этот процессор функционирует тогда, когда станок получает двоичные данные от программного обеспечения и преобразовывает их в ЧПУ, то есть переводит их на язык УУС.

УУС отправляет инструкции на языке CNC в режиме реального времени. В то же время оно продолжает реагировать на закодированные данные, вводимые компьютером, переводя их и определяя требуемую функцию, и затем проверяет, правильно ли функционирует станок. Можно было бы сопоставить УУС с сержантом, который выполняет приказы своего командира, потому что оно, как и сержант свое отделение, заставляет станок работать по-настоящему.

Если у устройства управления станком есть система позиционирования с обратной связью, оно контролирует работу станка, высчитывая и подтверждая положения, путем проверки соответствия относительных координат шпинделя абсолютным координатам, переданным программным обеспечением.

Двигатели

Четыре типа электродвигателей приводят в движение и позиционируют узлы станка с ЧПУ. Это шаговые электродвигатели, серводвигатели прямого тока (DC), серводвигатели переменного тока (АС) и гидравлические серводвигатели. Шаговый электродвигатель осуществляет определенное количество угловых перемещений каждый раз, когда он получает электромагнитный импульс.

Серводвигатели можно было бы назвать самыми свободолюбивыми в мире электромоторов. В отличие от шаговых электродвигателей и точно так же, как ваш электрический вентилятор, они включаются, когда вы подаете электроток, и останавливаются, когда передача электропитания прекращается.

Скорость серводвигателя контролируется подачей электричества. Серводвигатель - прекрасный выбор, когда устройству требуется управление увеличением и снижением скорости или же высокая скорость двигателя и быстрое реверсирование. Серводвигатель прямого тока обеспечивает большую мощность, чем серводвигатель переменного тока, если оба двигателя одинакового размера, поэтому АС-серводвигатель - наилучший выбор для фасонно-фрезерных станков.

Гидродвигатели в машинах в большей степени предназначены для сверления, и если вы их и встретите в ФФС, то очень редко.

От вращательного движения к линейному

Сбивалки превращают вращательное движение в линейное; то же самое делают автомобильные дифференциалы, звездочки велосипедных цепей и приводы с шаровой винтовой парой фасонно-фрезерных станков, обычно называемые системами ?шарового винта?.

Во всех фасонно-фрезерных и гравировальных станках используется разновидность механической/электрической системы управления передвижением (позиционированием), которая размещает шпиндель (с его режущим инструментом) в желаемой точке. Системы управления передвижением могут быть разными в зависимости от предпочтений инженера-разработчика, стоимости или типа требуемых работ.

Вам может встретиться какая-либо одна или несколько систем управления передвижением на ФФС или гравировальном оборудовании: ?система шарового винта?, ?система подающего винта?, механизм реечной передачи, ременная или цепная системы.

Системы ?шаровых винтов? схожи с системой управления реечной передачи на вашем легковом автомобиле, за исключением одного отличия.

В самом простейшем виде система управления реечной передачи состоит из двух частей. ?Рейка? - плоская стальная планка с линейной резьбой на поверхности, которая соединена через тяги с передними колесами автомобиля. ?Шестеренка? - это резьбовой конец вала управления автомобилем. Его резьба совпадает с резьбой рейки, и эти двое работают в унисон. Шестеренка, оснащенная подшипниками, вращается, когда поворачивается руль. Она, в свою очередь, двигает рейку, которая поворачивает колеса автомобиля налево или направо.

Схожесть этой системы с ?шаровым винтом? в том, что оба двигают предмет, используя гайку (держатель) вдоль системы с винтом.

?Шаровые винты? фасонно-фрезерного станка - приводимые в движение мотором валы, установленные в подшипники, обычно с электродвигателем на одном из концов. Как ?шаровые винты?, ?подающие винты? являются резьбовыми стержнями с гаечным держателем, без замысловатой системы роликовой опоры качения. Двигатель, инструктируемый УУС, вращает вал, и это действие заставляет передвигаться каретку вперед или назад, вдоль оси стержня.

Каретка несет и поддерживает двигающиеся, работающие части, такие как подставку или шпиндель. Любопытно, что система каретки ?шарового винта? включает рециркулирующие окружности из стальных шариков, которые катятся между гайкой держателя и стержнем шарового винта. Теоретически ?шаровый винт? обладает долгим сроком службы и высокой эффективностью. Он может преобразовать 90% вращающего момента двигателя в толчки (осевое усилие).

Инженеры используют величины диаметра и длины, чтобы определить максимальные обороты в минуту ?шарового винта?, потому что с увеличением массы ?шарового винта? по мере увеличения его длины повышается его склонность к колебанию и вибрации с ростом скорости. Некоторые инженеры определяют максимальную длину в 13 футов.

Управление движением

Существует одна тысяча книг - и десять тысяч теорий, посвященных управлению движением в машинах, которые в отличие от того, что требуется девятилетним детям, являются обычным способом написания закодированных действий и проектирования машины, которая реагировала бы на эти коды. Сайнмейкеры обычно заставляют свои машины работать на трех осях, но высококачественные станки могут обладать шестью или восемью осями.

Можно представить себе программное обеспечение для таких станков.

Все - программное обеспечение, двигатели, шариковые винты и системы позиционирования с обратной связью - является частью системы управления движением. И, конечно же, есть и другое -к примеру, цифровые системы, - но в силу необходимости времени и количества страниц я буду здесь краток.

В практике вы обычно встретите три системы управления движением: настольную (по оси X), стендовую (по оси Y) и систему подъема-опускания шпинделя (по оси Z). Если вы покупаете станок, оборудованный ?шаровым винтом?, знайте, что эти системы - ключевые компоненты, обеспечивающие точность. Когда покупаете, помните, что ?шаровые винты? с большим диаметром более точны и в меньшей степени склонны к вибрации под напряжением, но могут утрачивать немного точности из-за теплового увеличения вдоль винта.

Более дешевая версия - система ?Acme Screw?. В ней используется гайка (пластиковая или из мягкого металла), которая скользит вдоль винтового стержня. Эти системы плохо подходят для фасонно-фрезерных станков, но ищите станки, оборудованные такими системами, если вам требуется оборудование, которое должно удерживать вертикальный груз в выключенном состоянии.

Другие двигатели

Вам также встретятся ременные приводы. Перед тем как строить гримасы, вспомните, что Harley-Davidson использует ременные приводы в своих мотоциклах ?Fat Boy? и ?Ultraglide?. Я общался с мотоциклистами, у которых есть такие системы, и они говорили мне, что ремни служат дольше, чем цепи. Также я читал рецензии об их работе, в которых утверждается, что они ведут себя лучше, чем стандартные системы на цепных приводах.

Лучше ли ремни, чем шариковые винты? Я не думаю, что они обеспечивают такую же точность, но у ременных систем есть определенные преимущества, такие, как меньшее количество двигающихся частей. Они также рекомендуются для обработки изделий на высоких скоростях. Системы на цифровых приводах - новое слово в станковой индустрии. Цифровые системы управляют станком в цифровом коде, а не в CNC-кодах, и хотя (в любом случае, изначально) на цифровое оборудование взвинчивается цена, оно обеспечивает меньшее время на реагирование и большую точность при измерении параметров реальной дорожки резки и запрограммированной дорожки.

И к неудовольствию некоторых инженеров-разработчиков станков старого времени, цифра вытесняет ЧПУ-коды.

Позиционирование с обратной связью

Позиционирование с обратной связью совмещает узлы станка с программным обеспечением. В большинстве случаев вы найдете регулирующие и скорость, и положение замкнутые системы. Тахометр считывает обратные данные от скорости, и кодировщик считывает положения.

В реальности УУС ищет и принимает электронные импульсы (называемые ?голосами?), отправленные от элементов реальной работы - шпинделя и стенда, - и его система обратной связи сравнивает эти данные с изначальными координатами программного обеспечения. Если координаты не совпадают, система или поправляется, или же выключается, в зависимости от встроенных в программу предпочтений разработчика.

Несколько заключительных слов

Как и в случае с Шалтаем-Болтаем, ни один человек или суперпередовая технология не могут помочь потерпевшему крушение корпусу. Фасонно-фрезерные станки и их стенды подвергаются различным силам, и, если только основной каркас не является невероятно прочным, станок в конечном счете ослабеет.

Модульные станки становятся все более популярными, потому что, по определению инженеров, модульные разработки уменьшают гармоническую вибрацию и увеличивают стойкость стола в целом. У них также меньше составных частей. Вы увидите различные идеи - трапецеидальные столбики, к примеру, - и я бы даже не заикнулся о том, какая идея лучше. Просто помните о том, что стол должен воспринимать усилия - ?подпрыгивать? - с любой стороны, но вниз.

Подумайте об этом, как будто вы покупаете бильярдный стол. Вам захочется устойчивый стол, который не будет двигаться, пока его используют, и тем более изгибаться или оседать со временем.

Подставка должна быть твердой, но не обязательно тяжелой. На ее эффективность влияют размеры (ширина), дистанции передвижения, вес и вращательная сила двигателя шпинделя. Все это влияет на стенд: спустя время слабые стороны разработки влияют на переносимость станка и увеличивают его склонность к скашиванию. Существует несколько дизайнов, которые позволяют минимизировать эти проблемы, включая системы с двумя двигателями.

Аккуратно осматривайте системы смазки, потому что фасонно-фрезерные станки работают на очень высоких скоростях и содержат много точных частей. Как и легковые автомобили, сухие системы быстро схватываются, и стоимость починки очень велика. Системы с резервуарами смазки замечательны, если они смазывают все необходимые участки.

Наконец, не забывайте о безопасности. В своей книге ?Числовое программное управление? (?Computer Numerical Control?)? писатель Уильям Лагген (William Luggen) пишет: ?Первая и наиболее важная вещь, которую следует знать о числовом управлении и ЧПУ-станках, - это безопасность?. Он предостерегает, что автоматизированные станки опасны и неумолимы. Он говорит: вы должны убирать длинные волосы и надевать защитные очки, но снимать кольца, наручные часы, браслеты, свободную одежду и - Боже, упаси! - галстуки.

Лагген подчеркивает, что оператор станка несет ответственность за хорошее состояние машины и безопасность всех находящихся рядом лиц.

Если вы работаете с компьютерами и станками, вы, вероятно, пожелаете зайти на сайт www.metalworking.com (кликните на ссылку ?Shareware?). На этом сайте представлена бесплатная версия (подумайте о Linux) программы для работы с ЧПУ, написанной Кевином Кэрроллом (Kevin Carroll). Написанная на языке BASIC, она управляет шаговым электродвигателем по трем осям, используя разъем для принтера компьютера, совместимого с IBM PC.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ ФРЕЗЕРНО-ГРАВИРОВАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В США