Что такое обработка с ЧПУ
Основы
Отличие фрезерной и токарной обработки
Типы станков с ЧПУ
Инструмент
Обработка на станке с ЧПУ (Числовое программное управление) — это технология обработки резанием. Изделия создаются путём удаления материала из так называемой заготовки с использованием различных режущих инструментов. Производственный процесс при этом автоматизирован программным обеспечением — инструмент или заготовка движутся согласно коду, оператор станка выполняет только вспомогательные операции, такие как замена инструмента или установка заготовки.
Обработка на станках с ЧПУ позволяет производить высокоточные детали из файла CAD (системы автоматизированного проектирования) с превосходными физико-механическими свойствами. Благодаря высокому уровню автоматизации, обработка на станках с ЧПУ является конкурентоспособной как для штучных деталей и небольших тиражей, так и для серийного и массового производства.
Процесс производства изделия на станке с ЧПУ можно разбить на четыре основных этапа:
1. Инженер проектирует CAD-модель.
2. Технолог на базе CAD/CAM программного обеспечения подготавливает управляющую программу для станка с ЧПУ.
3. Оператор устанавливает в станок с ЧПУ инструмент, заготовку и запускает управляющую программу.
4. Станок с ЧПУ выполняет все операции обработки — удаления материала.
Параметры
Габаритный размер:
Максимальный: 400 × 250 × 200 мм
Минимальный: 10 × 10 × 10 мм
Точность (допуск изготовления размера):
Стандартная: +/- 0,1 мм
Нормальная: +/- 0,075 мм
Возможная: +/- 0,05 мм
Материал:
Номенклатура материалов, которые могут быть обработаны на станках с ЧПУ, очень широка. Наиболее распространенные — металлы (алюминиевые и стальные сплавы, латунь и т. д.), пластмассы (ABS, POM, PA и т. д.), при этом возможна обработка композитов и дерева.
Узнайте Доступные материалы для обработки с ЧПУ.
Типы станков с ЧПУ
Мы сосредоточимся на станках с ЧПУ, которые удаляют материал с помощью режущих инструментов — фрезерные и токарные. Они являются наиболее распространенными и имеют самый широкий спектр применения.
Для фрезерования характерно непрерывное вращательное движение инструмента и поступательное движение подачи заготовки. В некоторых случаях заготовка совершает круговое или винтовое движение подачи.
Заготовка удерживается на шпинделе при вращении с высокой скоростью, режущий инструмент перемещается по внешней или внутренней поверхности, образуя геометрию изделия. Основное ограничение использования токарных станков с ЧПУ заключается в том, что они могут изготавливать только детали с цилиндрическим профилем. Иногда детали проходят дополнительный этап фрезерной обработки.
3-х осевые станки с ЧПУ
Токарная обработка — это обработка резанием (точением) заготовок в виде тел вращения. На токарных станках выполняют черновое и чистовое точение цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработку торцов, сверление, развёртывание отверстий и т. д.
Заготовка удерживается на шпинделе при вращении с высокой скоростью, режущий инструмент перемещается по внешней или внутренней поверхности, образуя геометрию изделия. Основное ограничение использования токарных станков с ЧПУ заключается в том, что они могут изготавливать только детали с цилиндрическим профилем. Иногда детали проходят. дополнительный этап фрезерной обработки.
Фрезерные и токарные станки с ЧПУ являются примерами 3-х осевых систем. Эти «базовые» станки позволяют перемещать режущий инструмент по трем линейным осям относительно заготовки.
3-х осевые фрезерные станки с ЧПУ очень распространены так как они могут быть использованы для производства типичных геометрий, деталей. Они относительно просты в программировании и эксплуатации, поэтому затраты на пуско-наладочные работы незначительные. Доступ инструмента к обрабатываемой поверхности накладывает ограничения на геометрию изделия при фрезеровке с ЧПУ. Поскольку есть только три оси для работы, некоторые области могут быть недоступны. Проблема решается переустановкой или вращением заготовки. Если за время производства изделия. необходимо несколько раз переустановить заготовку, то затраты на пуско-наладочные работы будут расти и приведут к значительному увеличению стоимости изделия и сроку производства.
Плюсы:
Эффективное производство деталей с простой геометрией
Высокая точность и жёсткие допуски
Минусы:
Ограничения по геометрии / конструкции изделия
Ручное перемещение заготовки может привести к увеличению стоимости детали
3 + 2 осевые фрезерные станки с ЧПУ
Во время обработки режущий инструмент может двигаться только вдоль трёх линейных осей. Между операциями может происходить позиционирование по двум осям, наклон и поворот стола либо наклон головы шпинделя и поворот стола, что позволяет производить обработку под другим углом.
Основным преимуществом этих систем является то, что они устраняют необходимость ручного перемещения заготовки. Таким образом, детали с более сложной геометрией могут быть изготовлены быстрее и с большей точностью, чем на 3-х осевом станке с ЧПУ.
Плюсы:
Устраняет необходимость ручного перемещения заготовки
Производит детали с элементами, которые не совпадают ни с одной из основных осей с более высокой точностью
Минусы:
Более высокая стоимость по сравнению с 3-х осевой обработкой с ЧПУ
5-ти осевые фрезерные станки с ЧПУ
Режущий инструмент может перемещаться по трём линейным и двум осям вращения относительно заготовки. Все пять осей могут перемещаться одновременно во время всех операций обработки.
5-ти осевые фрезерные системы с ЧПУ имеют архитектуру, аналогичную 3 + 2 осевым фрезерным станкам с ЧПУ. Однако они позволяют перемещать все пять осей одновременно во время всех операций обработки. Таким образом, можно изготавливать детали со сложной, «органической» геометрией, которые невозможно изготовить с достигнутым уровнем точности с помощью любой другой технологии.
Плюсы:
Производство сложных деталей с высокой точностью
Производство сложных деталей с высоким качеством поверхности с минимальными артефактами обработки
Самая высокая цена по сравнению с остальными технологиями фрезерной обработки с ЧПУ
Ограничения по геометрии производимых изделий, но ограничения меньшие, чем для 3-х осевых станков и станков типа 3 + 2
5-ти осевой токарный станок с ЧПУ
Токарно-фрезерные центры с ЧПУ — это, в основном, токарные станки с ЧПУ, оснащенные фрезерными инструментами.
В токарно-фрезерных системах используются преимущества как высокой производительности токарной обработки, так и геометрической гибкости фрезерования с ЧПУ. Они идеально подходят для изготовления деталей с «рыхлой» осевой симметрией (например, распределительные валы и центробежные рабочие колеса) при гораздо более низкой стоимости, чем другие 5-ти осевые системы обработки с ЧПУ.
Плюсы:
Самая низкая стоимость всех 5-ти осевых систем обработки с ЧПУ
Высокие производственные возможности
Ограничения по геометрии производимых изделий
Инструмент
Для создания различных геометрий станки с ЧПУ используют различные режущие инструменты.
Некоторые из наиболее часто используемых фрезерных инструментов:
• Цилиндрические фрезы
Такие фрезы с плоским торцом — концевые и с угловым радиусом используются для обработки пазов, канавок, полостей и других вертикальных стенок. Сферические позволяют обрабатывать детали с криволинейной геометрией и свободной формы при 5-ти осевой обработке с ЧПУ.
• Свёрла
Это распространенный и быстрый способ создания отверстий. Диаметр определяется стандартным набором инструменты, для нестандартного отверстия возможно использование цилиндрических или конических фрез.
• Резьбовые фрезы и метчики
Используются для изготовления резьбовых отверстий. Метчик в данной ситуации является одним из самых популярных решений для быстрого нарезания резьбы с необходимыми геометрическими параметрами и может быть ручного типа или машинный. Но нарезание резьбы метчиком имеет значительные риски. Из-за повышенной нагрузки инструмент или же при малейших включениях в обрабатываемых материалах может сломаться внутри дорогостоящей детали.
При резьбофрезеровании профиль резьбы формируется за счёт вращения фрезы вокруг собственной оси вращения и перемещения фрезы по винтовой линии. Такой инструмент более долговечен, несет меньшие риски — фреза меньше обрабатываемого диаметра и в любом случае может быть извлечена из детали. Одна и та же резьбовая фреза с определённым шагом может сформировать резьбовое отверстие любого диаметра с этим шагом.
• Корпусные фрезы
Используются для удаления материалов с больших плоских поверхностей. Они имеют больший диаметр, чем концевые фрезерные инструменты, поэтому для обработки больших площадей требуется меньше проходов. Этап такого фрезерования часто используется в начале цикла обработки для подготовки габаритных размеров детали и удаления наибольшего количества материала.
• Конические фрезы
Для формирования глубоких поверхностей, конусная геометрия при этом обеспечивает прочность длинного инструмента. Такой инструмент подходит, например, для обработки криволинейных поверхностей лопастей турбинного двигателя.
Другие статьи на тему обработки с ЧПУ:
Возможности и ограничения обработки с ЧПУ
Рекомендации по проектированию деталей для обработки с ЧПУ
3D-печать или обработка с ЧПУ
Выбор допуска для обработки с ЧПУ