Что такое обработка с ЧПУ

Ускоряем разработку продукта, сокращаем затраты с помощью цифровой производственной платформы.
Получить мгновенную оценку
Загрузка в производство за 5 мин.

Обработка на станке с ЧПУ (Числовое программное управление) — это технология обработки резанием: изделия создаются путем удаления материала из так называемой заготовки с использованием различных режущих инструментов.

Обработка на станках с ЧПУ — это принципиально иной способ изготовления по сравнению с 3D-печатью или литьем. Принцип удаления материала, который лежит в основе, существенно влияет на конструктивные ограничения технологии.

Обработка на станках с ЧПУ позволяет производить высокоточные детали из файла CAD с превосходными физико-механическими свойствами. Благодаря высокому уровню автоматизации, обработка на станках с ЧПУ является конкурентоспособной по цене как для штучных деталей, так и для небольших тиражей, для серийного и массового производства.

Номенклатура материалов, которые могут быть обработаны на станках с ЧПУ, очень широка. Наиболее распространенные включают металлы (алюминиевые и стальные сплавы, латунь и т. д.) и пластмассы (ABS, POM, PA и т. д.), а также могут быть обработаны композиты и дерево.

Процесс производства изделия на станке с ЧПУ можно разбить на четыре основных этапа:

1.    Инженер проектирует модель CAD.

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 материал).

 

Краткая история обработки с ЧПУ

Самым ранним из когда-либо обнаруженных механически обработанных предметов была найденная в Италии чаша, изготовленная в 700 году до нашей эры. используя токарный станок

Попытки автоматизировать механическую обработку начались в 18 веке. Эти машины работали на пару.

Первая программируемая машина была разработана в конце 40-х годов в MIT. Он использовал перфокарты для кодирования каждого движения.

Первый станок с ЧПУ отличался особой сложностью и не мог быть использован в производственных условиях. Первое серийное устройство ЧПУ было создано компанией Bendix Corp. в 1954 году. Широкое внедрение станков с ЧПУ шло медленно. Предприниматели с недоверием относились к новой технике. Министерство обороны США вынуждено было на свои средства изготовить 120 станков с ЧПУ, чтобы передать их в аренду частным компаниям.

Распространение компьютеров в 50-х и 60-х годах добавило коренным образом изменило обрабатывающую промышленность и «компьютеризировала» станки с ЧПУ.

Первыми советскими станками с ЧПУ промышленного применения являются токарно-винторезный станок 1К62ПУ и токарно-карусельный 1541П. Эти станки были созданы в первой половине 1960-х годов. Станки работали совместно с управляющими системами типа ПРС-3К и другими. Затем были разработаны вертикально-фрезерные станки с ЧПУ 6Н13 с системой управления «Контур-ЗП». В последующие годы для токарных станков наибольшее распространение получили системы ЧПУ советского/российского производства 2Р22 и «Электроника НЦ-31»

Сегодня станки с ЧПУ являются передовыми роботизированными системами с многоосевым и многоинструментальным оборудованием.

 

Типы станков с ЧПУ

Мы сосредоточимся на станках с ЧПУ, которые удаляют материал с помощью режущих инструментов. Они являются наиболее распространенными и имеют самый широкий спектр применения.

3-осевые станки с ЧПУ

Фрезерные и токарные станки с ЧПУ являются примерами 3-осевых систем. Эти «базовые» станки позволяют перемещать режущий инструмент по трем линейным осям относительно заготовки.

3-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\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 жесткие допуски.

Минусы:

Ограничения по геометрии\ конструкции изделия.

Ручное перемещение заготовки может повлечь снижением точности.

 

Токарные станки с ЧПУ

Токарная обработка — это обработка резанием (точением) заготовок из металлов, древесины и других материалов в виде тел вращения. На токарных станках выполняют черновое и чистовое точение цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработкуторцов, сверление, зенкерование <p>и 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.

Плюсы:

Самая низкая стоимость за деталь.

Очень высокие производственные возможности.

Минусы:

Производство деталей только с вращательной симметрией и простой геометрией.

  

5-осевая обработка с ЧПУ

Многоосевые обрабатывающие центры с ЧПУ бывают трех видов: 3+2 фрезерные станки с ЧПУ, 5-ти осевые фрезерные станки с ЧПУ и токарно-фрезерные центры с приводным инструментом. Эти системы по сути являются токарно-фрезерными станками дополнительными степенями свободы. 5-осевые фрезерные центры с ЧПУ дополнены вращением и наклоном стола станка или вращением стола и наклоном головы шпинделя в дополнение к трем линейным осям перемещения.

3 + 2 фрезерный станок с ЧПУ

Во время обработки режущий инструмент может двигаться только вдоль трех 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-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-осевой обработкой с ЧПУ.

 

5-осевой фрезерный станок с ЧПУ

Режущий инструмент может перемещаться по трем линейным и двум осям вращения относительно заготовки.

Все пять осей могут перемещаться одновременно во время всех операций обработки.

5-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.

Минусы:

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 3+2.

 

5-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-осевые системы обработки с ЧПУ.

Плюсы:

Самая низкая стоимость всех 5-осевых систем обработки с ЧПУ.

Высокие производственные возможности.

Минусы:

Ограничения по геометрии производимых изделий.


Вы можете ознакомиться с рекомендациями по проектированию деталей для обработки с ЧПУ.