Станок с чпу что такое чпу станок: Классификация станков с ЧПУ, их виды и возможности

ЧПУ станки для начинающих — какой выбрать? Основные советы по выбору ЧПУ станков

Основные виды ЧПУ станков. Какой выбрать?

Что такое ЧПУ? Какие бывают виды станков с ЧПУ и как они работают?

В этом разделе мы ответим на все эти вопросы и сравним механическую обработку при помощи ЧПУ станков с другими технологиями производства, чтобы помочь вам найти лучшее решение для себя.

Что такое ЧПУ

Обработка с ЧПУ (числовое программное управление) — это технология выборки материала. Что означает — детали создаются путем удаления материала из цельного блока, называемого заготовкой, с использованием различных режущих инструментов.

Это принципиально иной способ изготовления по сравнению с аддитивной 3D-печатью или технологией литья. Механизм выборки материала имеет как конструктивные ограничения, так и свои преимущества. Подробнее об этом, ниже.

Обработка на ЧПУ оборудовании – это в первую очередь цифровая технология. С её помощью, можно производить высокоточные детали с превосходными физическими свойствами непосредственно из файла CAD. Благодаря высокому уровню автоматизации, ЧПУ обработка является конкурентоспособной по цене, как для изготовления единичных деталей, так и для организации мелкосерийного производства.

Почти любой материал можно обработать на ЧПУ станке. Наиболее распространенные примеры — металлы (алюминиевые и стальные сплавы, латунь и т.д.), пластмассы, такие как АБС или нейлон. Композитные материалы и дерево тоже можно обрабатывать.

Основной процесс ЧПУ обработки можно разбить на 3 этапа. Сначала инженер проектирует модель CAD детали. Затем оператор станка превращает файл CAD в G-код и настраивает станок. Наконец, система ЧПУ выполняет все операции обработки. Конечно, для этого требуется некий контроль за выполняемыми действиями машины.

Краткая история ЧПУ станков

• Самым ранним из когда-либо обнаруженных механически обработанных предметов, была чаша, найденная в Италии.
  Её изготовили в 700 г. до н.э., с помощью токарного станка
• Попытки автоматизировать механическую обработку начались в 18 веке. Тогда станки были чисто механическими и работали на пару
• Первая программируемая машина была разработана в конце 40-х годов в Массачусетском Технологическом Университете. Для её работы использовали перфокарты, чтобы кодировать каждое движение
• Распространение компьютеров в 50-х и 60-х годах коренным образом изменило обрабатывающую промышленность
• Сегодня станки с ЧПУ являются передовыми роботизированными системами с многоосевым и мультиинструментальным оборудованием, в том числе с автоматической сменой инструмента, без остановки в работе

Виды станков с ЧПУ

В этом руководстве мы сосредоточимся на станках, которые обрабатывают материал с помощью режущих инструментов. Они являются наиболее распространенными и имеют самый широкий спектр применения. Так же существуют и другие станки с ЧПУ. Лазерные, плазменные и EDM — Электроэрозионные.

3-х осевые станки с ЧПУ

Фрезерные и токарные станки с ЧПУ служат примерами 3-осевых систем. Эти «базовые» станки позволяют перемещать режущий инструмент по трем линейным осям относительно заготовки (влево-вправо, назад-вверх и вверх-вниз).

Фрезерные с ЧПУ

• Заготовка удерживается неподвижно прямо на станине станка или в тисках.
• Материал удаляется из заготовки с помощью режущих инструментов — фрез или свёрл, которые вращаются с высокой скоростью;
• Инструменты прикреплены к шпинделю, который может двигаться вдоль трех линейных осей.

3-осевые фрезерные станки с ЧПУ — самые широко известные. Их используют в основном для производства самых распространенных геометрий. Относительно просты в программировании и эксплуатации, поэтому затраты на обработку, относительно невелики.

Доступ к инструменту, при фрезеровке с ЧПУ ограничен конструкцией. Поскольку есть только три оси для работы, некоторые области заготовки могут быть недоступны. В целом – это не большая проблема, если заготовку нужно вращать только один раз. Но если требуется несколько вращений, затраты на обработку могут быстро увеличиться.

Каталог Фрезерных станков с ЧПУ 3-х осевых 

Плюсы

• Может производить большинство деталей с простой геометрией;
• Высокая точность и жесткие допуски.

Минусы

• Есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии;
• Ручное перемещение заготовки снижает достижимую точность.

Токарные станки с ЧПУ

Заготовка удерживается на шпинделе при вращении с высокой скоростью.

Режущий инструмент или центральное сверло обрабатывает внешний или внутренний периметр детали, образуя геометрию.

Инструмент не вращается. Он движется радиально и продольно.

Токарные станки с ЧПУ широко используются, потому что с их помощью можно производить детали с гораздо большей скоростью и с меньшими затратами на единицу, чем на таких же станках без поворотного устройства. Это особенно актуально для больших объемов работы.

Основное ограничение конструкции токарных станков с ЧПУ заключается в том, что они могут изготавливать только детали с цилиндрическим профилем (например, винты или шайбы). Чтобы преодолеть это ограничение, детали часто подвергаются фрезерной обработке с ЧПУ на отдельном этапе. В качестве альтернативы, используются 5и-осевые токарно-фрезерные станции с ЧПУ. С их помощью можно добиться нужных результатов за один процесс.

Каталог токарных станков с ЧПУ 

Плюсы

• Самая низкая стоимость за деталь на выходе, чем при других способах обработки с ЧПУ;
• Очень высокие производственные возможности.

Минусы

• Может производить только детали с радиальной симметрией и простой геометрией

5-осевая обработка с ЧПУ

Многоосевые станки с ЧПУ бывают трех вариантов: 5-осевые индексированные фрезерные станки, 5-осевые фрезерные станки с непрерывной обработкой и токарно-фрезерные с рабочим инструментом.

Эти системы, по сути, являются станками с дополнительными степенями свободы. Например, 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ позволяют вращать станину станка или головку инструмента (возможно, сразу всё вместе), в дополнение к трем линейным осям перемещения.

Широкие возможности этих машин влекут за собой их повышенную стоимость. Они требуют как специализированной техники, так и операторов с экспертными знаниями. Для очень сложных или оптимизированных по топологии металлических деталей приоритетнее будет 3D печать.

Индексируемое 5-осевое фрезерование с ЧПУ

• Во время обработки режущий инструмент может двигаться только вдоль трех линейных осей.
• Между операциями платформа и головка инструмента могут вращаться, давая доступ к заготовке под другим углом.
  

Индексированные 5-осевые фрезерные системы с ЧПУ также известны как 3+2 фрезерные станки. Они используют две дополнительные степени свободы, только между операциями обработки для вращения заготовки.

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. Хотя им не хватает возможностей для непрерывных операций.

Плюсы

• Исключает необходимость ручного перемещения
• Производит детали со сложной геометрией быстрее и с большей точностью, чем на 3-х осевом станке

Минусы

• Более высокая стоимость, чем 3-осевая обработка с ЧПУ
• Невозможно воссоздать мелкие детали на заготовке
  

Непрерывное 5-осевое фрезерование с ЧПУ

• Режущий инструмент может перемещаться вдоль трех линейных и двух осей вращения относительно заготовки.
• Все пять осей могут двигаться одновременно во время всех операций обработки.

5-осевые фрезерные системы с ЧПУ, работающие непрерывно, имеют архитектуру, аналогичную индексируемым 5-осевым фрезерным станкам. Однако они позволяют перемещать все пять осей одновременно во время всех операций обработки.

Таким образом, можно изготавливать детали со сложной, органичной геометрией, которые невозможно изготовить с таким уровнем точности при помощи другой технологии. Эти передовые возможности стоят дорого, так как не дёшево само оборудование, и для работы на нём требуются высококвалифицированные кадры.

Плюсы

• Такие станки производят сложные детали с точностью, которой невозможно добиться при использовании другого оборудования
• Очень гладкие органичные поверхности с минимальными следами обработки

Минусы

• Крайне высокая стоимость
• Всё ещё есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии
  

Фрезерные токарные станции с ЧПУ

• Заготовка прикреплена к шпинделю, который может либо вращаться с высокой скоростью (например, в качестве токарного станка), либо располагать его под точным углом (как 5-осевой фрезерный станок с ЧПУ).
• Токарные и фрезерные инструменты используются для выборки материала из заготовки, образующей деталь.
  

Фрезерные токарные станции с ЧПУ — это, в основном, токарные станки оснащенные фрезерными инструментами. Их разновидностью служат токарно-фрезерные станции швейцарского типа, которые обычно имеют более высокую прецессию.

В токарных станках используются преимущества, как высокой производительности токарной обработки, так и геометрической гибкости фрезерования. Они идеально подходят для изготовления деталей с «рыхлой» осевой симметрией (например, распредвалы и центробежные рабочие колеса) при гораздо более низкой стоимости, чем другие 5-осевые системы обработки.

Плюсы

• Самая низкая стоимость среди 5-осевых систем обработки с ЧПУ
• Высокие производственные возможности и свобода дизайна

Минусы

• Всё ещё есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии
• Больше всего подходит для деталей с цилиндрическим контуром

Подведём итог

• 3-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с относительно простой геометрией и превосходной точностью и по низкой цене;
• Токарные станки с ЧПУ обладают самой низкой стоимостью, но подходят только для деталей с радиальной геометрией;
• Индексируемые 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с элементами, которые не выровнены с одной из основных осей быстро и с очень высокой точностью;
• Непрерывные 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с очень сложной, «органической» геометрией и гладкими контурами, но очень дорогостоящие;
• Токарно-фрезерные станции с ЧПУ объединяют преимущества токарной и фрезерной обработки в единую систему для производства сложных деталей по более низкой цене, чем другие 5-осевые системы с ЧПУ.

Семь преимуществ станков с ЧПУ и одна причина выбрать станок с ручным управлением на машиностроительное предприятие.

• Преимущества металлообрабатывающих станков с ЧПУ по сравнению с универсальными.
• 1. Высокая точность. 
• 2. Экономичность.
  
• 3. Производственная гибкость.
  
• 4. Повышение производительности. 
  
• 5. Уменьшение затрат на режущий инструмент.
  
• 6. Менее жесткие требования к квалификации персонала. 
  
• 7. Безопасность труда
  
• Подведем итоги
• Преимущество от «Инкор» — короткие сроки поставки.

Авторы: Главный технолог ООО “Инкор” Ванюков Андрей Сергеевич, 

инженер технолог ООО “Инкор” Смирнов Дмитрий Сергеевич

 

Современные тенденции металлообработки диктуют необходимость эксплуатации станков с числовым программным управлением на более высоких скоростях резания и подачи. Это крайне важно для сохранения конкурентоспособности на мировом рынке. Кроме того, сегодня широко используются трудные для обработки материалы, а значит критически важно внедрение современных технологии резания, в частности, режущего инструмента с большой линейкой, а также соответствующих методов программирования.

Металлообрабатывающие станки с ЧПУ применяют для множества технологических операций: фрезерования, точения и т.д. Такие станки применяются в автомобильной, нефтегазовой, даже в космической промышленности и на более скромном уровне, например, в частных мастерских.

Несмотря на очевидные достоинства станков с ЧПУ многие токари, фрезеровщики, технологи и прочие мастера со стажем до сих пор побаиваются такого вида оборудования. Некоторые считают, что затраты на эти станки выше, а значит и окупаться будут очень долго. Однако ситуация почти полностью противоположна таким представлениям. Станки с ЧПУ более выгодны, так как позволяют ускорить обработку деталей, автоматизировать производство, повысить точность обработки, брать более сложные заказы в работу и т.д. Рассмотрим преимущества металлообрабатывающих станков с ЧПУ по сравнению с универсальным подробнее.

Преимущества металлообрабатывающих станков с ЧПУ по сравнению с универсальными.

1. Высокая точность. 

Устройства с ЧПУ с идеальной точностью обрабатывают самые мелкие детали первичных заготовок. Именно благодаря компьютерному программному обеспечению (ПО) подобные машины способны осуществлять резку, формировку и обработку исходного материала с такой высочайшей скоростью и точностью, которой никак не достигнуть традиционным способом обработки. В отличие от ручных ЧПУ-устройства изготавливают детали любой сложности и геометрии. Например, на рис. 1,2,3 показаны детали сложной геометрии, которые проблематично изготовить на универсальном оборудовании. Точность сохраняется при многократном запуске, что позволяет значительно сократить количество сырьевых отходов. (см. рис. 4,5)

Рисунки 1, 2, 3

 

 

Рис. 4                                                                      Рис. 5

2. Экономичность.

Работа металлообрабатывающих станков с ЧПУ осуществляется с применением разнообразного программного обеспечения, совместимого с различными операционными системами (ОС). При этом от сотрудника не требуется обязательного нахождения рядом со станком, оператор может управлять оборудованием удалённо, что ускоряет процесс. Один оператор может одновременно обслуживать до 4 станков, а при применении робота (в условиях высокой серийности) затраты на ФОТ уходят практически в ноль.

Немаловажный аспект состоит в значительной оптимизации затрат на режущий инструмент. При работе на обычном фрезерном станке оператору необходимо время от времени увеличивать скорость подачи. Нередко случается, что сотрудник в силу усталости или недостатка профессионализма непреднамеренно увеличивает эту скорость. Следствием этого является износ режущей кромки, отлетание пластинки, врезание фрезы в стол либо в саму заготовку. На ЧПУ-оборудовании такая ситуация полностью исключена, так как скорость резания заранее задаётся программно, и не может быть изменена в процессе работы, а все возможные перемещения инструмента установлены ещё на стадии первичного программирования. Следовательно, нежелательное врезание фрезы исключено. См. рис. 6,7.

 

Рис 6. послойное фрезерование                          Рис 7. чистовая обработка

3. Производственная гибкость.

Применяя на производстве станки с ЧПУ, Вы обеспечите наиболее простой переход от изготовления одной детали к созданию принципиально другой. Этот переход осуществляется путём выбора соответствующей программы из списка, хранящегося в памяти ЧПУ. Операция замены может быть осуществлена неограниченное количество раз. В универсальных станках скорости перемещения по разным осям и их соотношение регулируются механическими передачами, используется единый привод. Из этого следует, что если токарный станок изначально ориентирован на функционирование в метрической системе, то обработка по дюймовым размерам на нём не представляется возможной. В конструкции современных станков с ЧПУ для каждого ходового винта предусмотрен свой привод с шаговым либо с частотно регулируемым двигателем. Это позволяет нарезать нестандартные виды резьбы или создавать детали со сложными криволинейными поверхностями. (См. рис. 8)

Рис 8. Пример детали, обрабатываемой на станке с ЧПУ

4. Повышение производительности. 

Важнейшим плюсом является способность ЧПУ-машин работать в режиме 24/7 без остановки. Беспрецедентно высокий уровень производительности металлообрабатывающих станков с программным управлением обуславливается не только уменьшением числа простоев, но и возможностью точного расчёта периода обработки и увеличения загрузки оборудования. Параметры заготовки и инструмента, сообщенные управляющей программе, позволяют исключить этап разметки из цикла. Все операции на ЧПУ станках могут выполняться с одной базы, появляется возможность отказаться от переустановки заготовки в процессе. Это положительно влияет и на производительность, и на точность обработки. На ручном оборудовании отсутствует возможность повторяемости подобной операции или совмещения токарной и фрезерной операции. Кроме того, использование станков с ЧПУ позволяет уменьшить загрузку рабочего персонала. Всего один человек сможет обслуживать 2 и более станков с ЧПУ в зависимости от загрузки. Также один станок с ЧПУ заменяет 2 и более универсальных станков, что позволяет сократить штат рабочих мест, занимаемую площадь производства, потребление электроэнергии и уменьшить расходы другими способами. (См рис. 9)

Рис. 9 Обработка детали с одной базы

5. Уменьшение затрат на режущий инструмент.

При использовании универсального оборудования порой приходится прибегать к применению фасонного инструмента при выполнении сложной геометрии деталей, а на станках ЧПУ достаточно всего одного инструмента (резца либо фрезы). Это гораздо эффективнее, производительнее и дешевле.

Для станков на ручном управлении в зависимости от целей производства часто становится необходимым приобретение дополнительной оснастки такой, как копировальное устройство, конусные линейки и т. д., а на станках с ЧПУ все уже встроено и дополнительная оснастка не нужна. (См рис. 10)

Рис. 10

6. Менее жесткие требования к квалификации персонала. 

Для обработки сложных деталей на универсальном станке требуются квалифицированные рабочие: токарь или фрезеровщик высокого разряда (4-6). Немаловажно найти сотрудника не только с внушительным опытом работы, но и с удовлетворительными личностными качествами. А как Вы понимаете, очень сложно найти достаточное количество таких специалистов в наше время. Для станка с ЧПУ достаточно одного оператора и наладчика. Высокая квалификация не обязательна, любой сотрудник сможет быстро ознакомиться с программой. Оператору станков с программным управлением не нужно обтачивать детали вручную. Вся работа здесь сводится всего к нескольким действиям, а именно:

• следить за работой станка;

• вводить соответствующие управляющие команды;

• следить за состоянием режущего инструмента;

• подавать заготовку и извлекать готовую деталь.

То есть задача будет состоять только в том, чтобы контролировать процесс и своевременно помещать деталь в камеру, да и то не всегда. Оператор станков с ЧПУ без труда может следить за несколькими станками одновременно, а токарь или фрезеровщик, какова бы ни была его квалификация, сможет обслуживать лишь один универсальный станок. 

7. Безопасность труда

На станках с ЧПУ в большинстве случаев работа осуществляется в полностью закрытой зоне с дополнительными датчиками на дверях. Это исключает возможность нахождения сотрудника в зоне обработки, поэтому риск травмирования персонала сводится к минимуму. 

На рис. 11 и 12 показаны станки с ЧПУ с закрытой зоной обработки

Подведем итоги

Из всего вышесказанного можно сделать следующий вывод: станки с ЧПУ в долгосрочной перспективе более выгодны в финансовом смысле, так как позволяют:

• обрабатывать любые, даже самые мелкие детали заготовок, с беспрецедентно высокой точностью;

• оптимизировать затраты на режущий инструмент и ускорить процесс производства; 

• увеличить экономичность: сократить штат рабочих мест, занимаемую площадь производства, расход электроэнергии и т. д.

Рис. 13 Обрабатывающий центр CNC-Takang

Однако при определенных особенностях производства целесообразность приобретения станков с ЧПУ не так очевидна. Например, в случае мелкосерийного, штучного производства и особенно в ремонтных цехах, где основной задачей является ремонт деталей, а не серийный выпуск. Если приходится изготавливать большое количество разнообразных деталей или ремонтировать и восстанавливать разнообразные узлы, то нецелесообразно под каждую деталь разрабатывать программу для станка ЧПУ, в таких случаях лучше отдавать предпочтение станкам с ручным управлением. 

Преимущество от «Инкор» — короткие сроки поставки.

ООО “Инкор” специализируется на обрабатывающих центрах с ЧПУ, но именно для таких нестандартных проектов в ассортименте компании присутствует оборудование с ручным управлением. Естественно, все оборудование точечного, нестандартного спроса поставляется под заказ. И тут мы вправе обозначить еще одно преимущество станков с ЧПУ: самые востребованные модели известных производителей Focus CNC, EXTRON, HONOR SEIKI, FEMCO, SINO, CNC TAKANG  и другие азиатские и европейские бренды можно в короткие сроки приобрести со склада “ИНКОР”, что позволит оперативно, без длительных простоев, оборудовать производство. 





По вопросам поставок связывайтесь любым удобным способом с отделом оборудования ООО “Инкор” или заполните форму ниже.





Что делает станок с ЧПУ?

Если вы работаете над проектом и задаетесь вопросом, «что делает станок с ЧПУ по сравнению с другими процессами металлообработки», мы здесь, чтобы помочь вам понять. Эту разницу важно знать до того, как вы приступите к разработке своего компонента.

CNC расшифровывается как числовое программное управление. Кембриджский словарь определяет его как «систему, используемую в производстве, в которой компьютеры управляют инструментами и машинами». Эти высокоэффективные машины используются в производстве по всему миру, и ожидается, что спрос на них достигнет 2,8 млн единиц в 2030 году9. 0003

Современные станки с ЧПУ представляют собой передовые многоосевые системы, в которых используется субтрактивная технология производства для удаления материала с заготовки. Это отличается от аддитивных технологий, таких как 3D-печать, или форматных технологий, таких как литье.

Краткая история станков с ЧПУ

На протяжении веков люди использовали машины для облегчения работы. Например, первый токарный станок восходит к 1300 г. до н.э. в Древнем Египте. Станки с ЧПУ произошли от числового управления (ЧПУ), в котором использовались перфокарты, а затем ленты. В 19В 40-х годах Джон Парсон использовал систему координат для выполнения операции обработки с помощью перфокарты, позволяя ей перемещаться с небольшими приращениями для получения желаемого результата. Это привело к разработке станков с ЧПУ. На станках с ЧПУ ленту приходилось переделывать каждый раз при изменении программы. В конце 1960-х годов идея обработки с компьютерным управлением начала распространяться, добавив букву «C» к NC. Технология ЧПУ развивалась в 1970-х годах, когда системы автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированной обработки (CAM) добились значительных успехов. К 1989 станков с ЧПУ были отраслевым стандартом.

Как работают станки с ЧПУ

Обработка с ЧПУ создает детали путем удаления материала из твердого блока или листа металла, называемого заготовкой или заготовкой.

Станок с ЧПУ производит высокоточные детали непосредственно из файла САПР. Проще говоря, инженер создает файл CAD или CAM, файл превращается в программу ЧПУ, и станок ЧПУ выполняет программу, создавая деталь. Доступно бесчисленное множество станков с ЧПУ, которые выполняют различные функции и могут иметь от 2 до 6 осей, что позволяет некоторым станкам обрабатывать очень сложные геометрические формы. Двухосевой станок работает в плоскостях X и Y; 3-осевой добавляет плоскость Z. 4-осевой добавляет плоскость вращения вокруг оси X, известную как ось A. Оси 5 и 6 добавляют плоскости вращения вокруг осей Y и Z, которые называются осями B и C соответственно.

Типы станков с ЧПУ

Некоторые из наиболее распространенных станков с ЧПУ:

Токарный станок – Токарный станок с ЧПУ вращает заготовку относительно режущих инструментов для придания формы. Вращательное движение заготовки делает этот процесс идеальным для симметричных объектов, таких как сферы, цилиндры или конусы. Они также создают такие элементы, как просверленные отверстия, отверстия и резьба.

Фреза — Фреза похожа на токарный станок, но режущие инструменты вращаются вокруг заготовки. Пятиосевой фрезерный станок может создавать очень сложные формы. Нарезание резьбы, сверление, токарная обработка, торцевое и уступное фрезерование — обычные функции, выполняемые фрезерным станком с ЧПУ.

Фрезерный станок — Фрезерные станки с ЧПУ оснащены 3-осевым шпинделем. Маршрутизатор работает на более высокой скорости, чем фреза, но в основном используется для резки более мягких материалов. Размер рабочего конверта маршрутизатора может быть довольно большим и часто незакрытым.

Водоструйная резка с ЧПУ – Гидрорезы используют струю воды под высоким давлением для резки металла, обеспечивая высокий уровень точности и отличное качество поверхности, поскольку отсутствуют кромки, подверженные термическому воздействию. Гидроабразивная резка с ЧПУ обычно используется для резки листового металла.

Обратитесь к профессионалам для решения ваших задач с ЧПУ

Если вам нужна обработка с ЧПУ, обратитесь в компанию Cameron по производству и проектированию. Мы предлагаем станки с ЧПУ, токарную, фрезерную и гидроабразивную резку. От тщательного планирования до своевременного выполнения проекта мы держим под контролем стоимость, качество и время.

Помимо механической обработки, мы предлагаем услуги по изготовлению, инжинирингу, сварке и монтажу, что делает нас предпочтительным производителем металла для многих компаний в самых разных отраслях.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о наших услугах или запросить расценки.

Что такое обработка с ЧПУ? | Ступицы

Что такое обработка с ЧПУ и как она работает? Изучите основные принципы и фундаментальную механику, а также основные преимущества и ограничения этого субтрактивного производственного процесса.

Обработка на станках с ЧПУ — наиболее распространенная субтрактивная технология производства на сегодняшний день, а также чрезвычайно гибкий и надежный способ изготовления нестандартных металлических и пластиковых деталей. Используя модели САПР, станки с ЧПУ точно удаляют материал из сплошного блока с помощью различных режущих инструментов.

В целом, обработка с ЧПУ позволяет производить детали с жесткими допусками и впечатляющими свойствами материала. Он подходит для единичных работ и мелкосерийного производства (до 1000 деталей) благодаря высокой воспроизводимости. Тем не менее, он имеет больше конструктивных ограничений, чем 3D-печать , отчасти благодаря субтрактивному характеру технологии.

В этом вводном руководстве мы даем вам обзор основных принципов технологии и того, как они соотносятся с основными преимуществами и ограничениями. Мы также объясним ключевые различия между двумя основными настройками станков с ЧПУ: фрезерным и токарным.

Знаете ли вы, что мы предлагаем услуги по обработке с ЧПУ у местных производителей?

Изучите наши варианты местных источников с помощью Hubs Local Загрузите свой дизайн для бесплатной мгновенной оценки

Как работает обработка с ЧПУ? Давайте поговорим о фрезеровании и токарной обработке

Два основных типа систем обработки с ЧПУ (числовым программным управлением) — это фрезерная и токарная . Благодаря характеристикам каждого типа станков фрезерование и токарная обработка идеально подходят для изготовления деталей различной геометрии.

Давайте разберем, как изготавливаются детали с использованием этих двух разных станков.

Как работает фрезерование с ЧПУ?

Схема типичной фрезерной обработки с ЧПУ Фрезерование с ЧПУ

— самая популярная архитектура станков с ЧПУ. Фактически, термин фрезерование с ЧПУ часто является синонимом обработки с ЧПУ. Фрезерные станки с ЧПУ используют вращающиеся режущие инструменты для удаления материала с детали, установленной на станине станка.

Большинство фрезерных систем с ЧПУ имеют 3 линейные степени свободы: оси X, Y и Z. Более продвинутые системы имеют 5 степеней свободы обработки за счет вращения станины и/или головки инструмента (оси A и B). 5-осевые станки могут производить детали с высокой геометрической сложностью и могут устранить необходимость в нескольких технологических операциях.

Вот краткий обзор того, как фрезерный станок с ЧПУ превращает модель CAD в заказную деталь.

• Оператор преобразует модель CAD в серию команд, которые должны быть интерпретированы станком с ЧПУ (G-код).

• Блок материала — это называется заготовкой или заготовкой — вырезается по размеру и помещается на сборочную платформу с помощью тисков или непосредственно на станину.

• Для изготовления точных деталей важно точно расположить и выровнять заготовку. Вы можете использовать специальные метрологические инструменты (контактные щупы), чтобы помочь с позиционированием и выравниванием.

• Специализированные режущие инструменты, вращающиеся с очень высокой скоростью (тысячи об/мин), снимают материал с блока. Во-первых, машина снимает материал быстро с меньшей точностью для достижения приблизительной геометрии. Затем требуется несколько проходов с более высокой точностью для изготовления окончательной детали.

• Если модель имеет элементы, которые не могут быть достигнуты режущим инструментом за один установ, то оператору необходимо перевернуть заготовку и повторить эти шаги.

Типичная фрезерованная деталь с ЧПУ, изготовленная путем удаления материала из прямоугольной заготовки.

После обработки необходимо удалить заусенцы с фрезерованной детали. Удаление заусенцев — это ручной процесс удаления мелких дефектов с готовой детали. Эти дефекты, обычно встречающиеся на острых кромках, возникают из-за деформации материала во время механической обработки. Например, когда сверло выходит из дальней стороны сквозного отверстия, остаются дефекты, которые необходимо удалить.

Далее необходимо проверить критические размеры детали, если в техническом чертеже указаны допуски. После того, как вы выполнили этот шаг, ваша деталь готова к использованию или постобработке . Когда дело доходит до постобработки деталей, обработанных на станках с ЧПУ (как фрезерованных, так и токарных), вам предстоит многое изучить, поэтому мы рекомендуем освежить и/или повысить уровень своих знаний.

Как работает токарная обработка с ЧПУ?

Схема типичного токарного станка с ЧПУ

Токарные станки с ЧПУ используют стационарные режущие инструменты для удаления материала с детали, которая закреплена на вращающемся патроне. Это идеальный способ изготовления деталей с симметрией относительно их центральной оси. Токарные детали обычно производятся быстрее и с меньшими затратами, чем фрезерованные.

Как правило, токарные станки с ЧПУ, также известные как токарные станки, используются для изготовления цилиндрических деталей. Современные многоосевые токарные станки с ЧПУ, оснащенные фрезерными станками с ЧПУ, могут изготавливать нецилиндрические детали. Эти системы сочетают в себе высокую производительность токарной обработки с ЧПУ с возможностями фрезерной обработки с ЧПУ и могут изготавливать очень широкий диапазон геометрий с осевой симметрией, например распределительные валы и радиальные рабочие колеса компрессоров.

Вот обзор того, как токарные станки с ЧПУ изготавливают детали.

• Оператор генерирует G-код из модели CAD и загружает в станок цилиндр материала (заготовка).

• Деталь начинает вращаться с высокой скоростью, и стационарный режущий инструмент проходит по профилю, постепенно удаляя материал, пока не будет достигнута проектная геометрия.

• Внутренние режущие инструменты и центрирующие сверла могут использоваться для вырезания отверстий вдоль центральной оси заготовки.

• Если вам нужно перевернуть или переместить деталь, вам придется повторить этот процесс. В противном случае, как только вы закончите резать материал, деталь должна быть готова к использованию или дальнейшей пост-обработке.

Типичная токарная деталь с ЧПУ, изготовленная путем удаления материала из цилиндрического блока.

Поскольку грань между фрезерными и токарными системами с ЧПУ часто размыта, в остальной части этого руководства основное внимание будет уделено фрезерованию с ЧПУ, поскольку это наиболее распространенный производственный процесс.

Краткое руководство по параметрам обработки с ЧПУ

Большинство параметров обработки определяются оператором станка при генерации G-кода. Основные параметры, которые мы хотели бы охватить, — это размер сборки и точность станков с ЧПУ.

Станки с ЧПУ имеют относительно большую площадь сборки, особенно по сравнению с 3D-принтерами. Фрезерные системы с ЧПУ могут обрабатывать детали размером до 2000 x 800 x 100 мм (78 дюймов x 32 дюйма x 40 дюймов), а токарные системы с ЧПУ могут обрабатывать детали диаметром до 500 мм (Ø 20 футов). ‘).

С помощью станков с ЧПУ можно изготавливать детали с высокой точностью и жесткими допусками. Станки с ЧПУ могут даже достигать допусков менее половины диаметра среднего человеческого волоса (± 0,025 мм или 0,001 дюйма).

Если вы не укажете допуск на техническом чертеже, оператор обычно будет обрабатывать деталь с точностью 0,125 мм (0,005 дюйма). Оператор в этом случае fill follow находится в ISO2768.

Какие режущие инструменты наиболее распространены для станков с ЧПУ?




Для создания различных геометрических форм станки с ЧПУ используют множество различных режущих инструментов. Вот некоторые из наиболее часто используемых обрабатывающих инструментов для фрезерования.  

Подборка наиболее распространенных режущих инструментов, используемых при обработке с ЧПУ (не в масштабе)

Инструменты с плоской головкой , с цилиндрической головкой и со сферической головкой используются для обработки пазов, канавок, полостей и других вертикальных стенок. Поскольку каждый из них имеет разные геометрические возможности, они могут обрабатывать множество различных типов элементов. Инструменты с шаровой головкой также широко используются в 5-осевой обработке с ЧПУ для изготовления поверхностей с кривизной и геометрией произвольной формы.

Сверла , конечно же, наиболее часто используемые инструменты для быстрого и эффективного создания отверстий. Вы можете найти все стандартные размеры сверл здесь . Для создания отверстий нестандартного диаметра можно использовать врезной инструмент с плоской головкой (по винтовой траектории).

Диаметр вала пазовых фрез меньше диаметра их режущей кромки, что позволяет этим фрезерным инструментам прорезать Т-образные пазы и другие поднутрения, удаляя материал со сторон вертикальной стенки.

Метчики используются для изготовления резьбовых отверстий. Для создания резьбы требуется точный контроль скорости вращения и линейной скорости метчика. Механические мастерские обычно по-прежнему полагаются на ручную нарезку резьбы.

Торцевые фрезы используются для удаления материала с больших плоских поверхностей. Они имеют больший диаметр, чем концевые фрезы, поэтому им требуется меньше проходов для обработки значительных площадей. Это сокращает общее время обработки для изготовления деталей с плоскими поверхностями. Операторы часто выполняют этап торцевого фрезерования во время цикла обработки, чтобы подготовить размеры блока 9. 0003

Вы найдете не менее широкий ассортимент режущих инструментов, используемых в токарной обработке с ЧПУ, которые охватывают все ваши потребности в обработке, такие как торцевая обработка, нарезание резьбы и нарезание канавок.

В то время как обработка с ЧПУ предлагает впечатляющая свобода дизайна , токарные и фрезерные станки не могут изготовить любую геометрию. В отличие от 3D-печати, чем сложнее конструкция, тем дороже она будет стоить. Это связано с дополнительными шагами, необходимыми для более сложных деталей.

Основные ограничения, связанные с обработкой с ЧПУ, связаны с геометрией каждого отдельного режущего инструмента. Геометрия инструмента определяет радиус детали, а большинство режущих инструментов с ЧПУ имеют цилиндрическую форму и ограниченную длину резания. Эти факторы делают острые внутренние углы особенно сложными.

Доступ к инструментам является еще одним серьезным ограничением при обработке с ЧПУ. Например, 3-осевые системы могут достигать определенного уровня сложности детали. Если вы проектируете 3-осевой станок, доступ ко всем функциям детали будет возможен только непосредственно сверху. 5-осевые системы обеспечивают превосходную гибкость, поскольку угол между деталью и инструментом можно регулировать, чтобы получить доступ к труднодоступным участкам заготовки.

5-осевые системы позволяют режущему инструменту получить доступ к областям, которые практически невозможно достичь с помощью 3-осевых систем.

Кроме того, детали с тонкими стенками или другими тонкими элементами особенно сложны для станков с ЧПУ. Тонкие стенки подвержены вибрациям и могут сломаться при точении или фрезеровании. Мы рекомендуем проектировать металлические детали с минимальной толщиной стенки 0,8 мм и пластиковые детали с толщиной стенки 1,5 мм.

Понимание того, насколько сложной может быть конструкция вашей детали для различных типов машин, а также о том, какие ограничения следует учитывать, имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы ваши детали вышли в соответствии с проектом и соответствовали стандартам качества, которые вы ищете. Дополнительные рекомендации о том, как проектирование может сэкономить вам много времени и денег при обработке с ЧПУ, см. артикул .

Каковы характеристики обработки с ЧПУ?

Ключевым преимуществом станков с ЧПУ является их способность стабильно производить прочные детали из самых разных материалов. Станки с ЧПУ могут обрабатывать почти все инженерный материал .

В отличие от 3D-печати детали, изготовленные с помощью станков с ЧПУ, обладают полностью изотропными физическими свойствами, идентичными свойствам массивного материала, из которого они были изготовлены.

CNC-обработка преимущественно включает металлы как для прототипирования, так и для более крупных производственных циклов. Обрабатывать пластмассы, как правило, сложнее, так как они имеют более низкую жесткость и температуру плавления, хотя один из распространенных вариантов использования, в котором мы видим достоинства, — это обработка функциональных прототипов из пластика на станке с ЧПУ перед началом крупномасштабного производства. литье под давлением .

Сколько стоят материалы для станков с ЧПУ?

Существует множество материалов для обработки на станках с ЧПУ, что означает, что стоимость материалов сильно различается. Каждый материал имеет свою цену, и физические свойства каждого материала влияют на общую стоимость обработки.

Алюминий 6061 — наиболее экономичный вариант, если вы хотите производить металлические детали, с приблизительной оптовой стоимостью 25 долларов США за заготовку размером 150 x 150 x 25 мм. ABS — самый дешевый вариант, стоимость бланка такого же размера составляет около 17 долларов. А с точки зрения того, как простота обработки влияет на стоимость, хорошим примером является нержавеющая сталь. Он намного тверже, чем алюминий, и поэтому его труднее обрабатывать, что увеличивает общую стоимость.

Вот полный обзор самых популярных материалов, которые мы предлагаем на платформе Hubs, и их важных характеристик.

Материал	Характеристики	Сравнение затрат
Алюминий 6061	Хорошее соотношение прочности и веса, отличная обрабатываемость, низкая твердость	$
Нержавеющая сталь 304	Отличные механические свойства, стойкость к коррозии и кислотам, относительно трудно поддается механической обработке	$$$
Латунь C360	Высокая пластичность, отличная обрабатываемость, хорошая коррозионная стойкость	$$
АБС	Отличная ударопрочность, хорошие механические свойства, чувствителен к растворителям	$$
Нейлон (PA6 и PA66)	Отличные механические свойства, высокая прочность, плохая влагостойкость	$$
ПОМ (делрин)	Высокая жесткость, отличные тепловые и электрические свойства, относительно хрупкий	$$

Где я могу узнать больше о материалах для станков с ЧПУ?

Обо всех материалах, предлагаемых Hubs для обработки на станках с ЧПУ, можно многое узнать. Чтобы глубже погрузиться в отдельные материалы или наборы материалов, посмотрите эти специализированные видеоролики, доступные на нашем канале Youtube.

Постобработка и отделка поверхности для обработки с ЧПУ

Детали, обработанные с ЧПУ, которые выходят сразу после станка, обычно имеют видимые следы инструмента, что не всегда желательно в зависимости от ваших требований к деталям. Существует множество методов постобработки, которые можно использовать для улучшения внешнего вида поверхности детали и повышения ее износостойкости, коррозионной и химической стойкости. Анодирование, дробеструйная обработка и порошковое покрытие — все это жизнеспособные методы отделки ваших нестандартных деталей.

Поскольку это более общее руководство, мы не будем вдаваться в детали постобработки и отделки поверхности. Вы можете изучить наиболее распространенные методы и отделки для обработки с ЧПУ в этом удобный объяснитель .

Деталь, обработанная на станке с ЧПУ, анодированная и окрашенная в синий цвет.

Каковы преимущества и недостатки обработки с ЧПУ?

Хотя обработка с ЧПУ является жизнеспособным и даже идеальным производственным процессом для многих приложений, от прототипирования до среднесерийного производства деталей для конечного использования, он не лишен недостатков. В этом разделе мы рассмотрим преимущества и ограничения этого процесса субтрактивной обработки.

Обработка с ЧПУ обеспечивает превосходную точность и повторяемость. Как фрезерование, так и токарная обработка позволяют производить детали с очень жесткими допусками, что делает ЧПУ идеальным решением для высокотехнологичных приложений, таких как аэрокосмическая, авиационная и автомобильная промышленность. Большинство материалов, используемых в станках с ЧПУ, обладают превосходными и полностью изотропными физическими свойствами и подходят для большинства инженерных приложений.

В целом, обработка на станках с ЧПУ является наиболее рентабельным производственным процессом для производства небольших и средних металлических деталей. Это означает, что вы можете использовать ЧПУ для изготовления отдельных прототипов или для производства до 1000 единиц.

Несмотря на то, что эти преимущества делают обработку на станках с ЧПУ привлекательным вариантом для инженеров, субтрактивный характер технологии делает некоторые более сложные геометрические формы очень дорогими или даже невозможными в производстве.

Если говорить с финансовой точки зрения, начальные затраты на обработку с ЧПУ намного выше, чем на 3D-печать. Если вы хотите производить недорогие прототипы из пластика, то 3D-печать может быть лучшим вариантом, когда речь идет о настройке.

Время выполнения заказов на станки с ЧПУ, как правило, больше, чем на 3D-печать, поскольку среднее время выполнения заказов на станках с ЧПУ составляет 10 дней по сравнению с гораздо меньшими 2–5 днями для 3D-печати. Станки с ЧПУ не так широко доступны, как 3D-принтеры, поскольку для их эффективной работы требуется больше экспертных знаний.

Каковы практические правила Hubs для обработки с ЧПУ?

Давайте разберем ключевые параметры, которые следует учитывать при обработке с ЧПУ металлических и пластиковых нестандартных деталей.

Ключевой параметр ЧПУ	Что говорит концентратор
Точность размеров	Типовое значение: ± 0,125 мм (0,005 дюйма) Максимальное значение: ± 0,02 мм (0,0008 дюйма)
Минимальная толщина стенки	Металлы: 0,75 мм (0,030 дюйма) Пластмассы: 1,5 мм (0,060 дюйма)
Максимальный размер сборки	Фрезерование: 2000 x 800 x 100 мм (78’’ x 32’’ x 40’’) Токарная обработка: Ø 500 мм (Ø 20’’)

Готовы запустить в производство детали с ЧПУ?

Изучите наши возможности ЧПУ Получите мгновенное предложение сегодня

Часто задаваемые вопросы

Каково лучшее применение обработки с ЧПУ?

Обработка на станках с ЧПУ идеально подходит для разовых производственных работ и для мелко- и среднесерийного производства от нескольких сотен до 1000 деталей. Мы рекомендуем использовать станок с ЧПУ для изготовления ваших металлических прототипов, так как это наиболее конкурентоспособный по цене вариант. Кроме того, вам следует выбрать обработку с ЧПУ, когда ваши детали должны иметь очень жесткие допуски.

Какие наиболее распространенные режущие инструменты для станков с ЧПУ?

Станки с ЧПУ используют различные режущие инструменты для получения более широкого диапазона геометрий деталей. Эти инструменты включают сверла, фрезы для пазов, резьбонарезные метчики, торцевые фрезы, а также инструменты с плоской, выпуклой и сферической головкой.

В каких отраслях чаще всего используется обработка с ЧПУ?

CNC-обработка — это широко используемый субтрактивный производственный процесс. Огромное количество отраслей зависит от ЧПУ, включая аэрокосмическую, автомобильную, авиационную, транспортную и другие неотъемлемые отрасли. Детали самолета, например, должны быть изготовлены с невероятной точностью, чтобы вся машина функционировала идеально, как задумано.

Является ли обработка с ЧПУ полностью автоматизированной?

Обработка с ЧПУ по большей части автоматизирована и зависит от предварительно запрограммированного программного обеспечения. Программное обеспечение САПР задает размеры детали, которые станки с ЧПУ используют для производства физических деталей. Как правило, требуется очень небольшое вмешательство человека, хотя для некоторых сложных процессов может потребоваться дополнительный набор ручных рук, если конструкция детали исключительно сложна. В целом, почти полная автоматизация делает обработку с ЧПУ воспроизводимым и надежным производственным процессом.

Какова общая текстура поверхности фрезерованных и токарных деталей с ЧПУ?

После механической обработки фрезерованные детали обычно имеют шероховатость около 3,2 мкм (1,6 мкм в зависимости от того, являются ли станки относительно новыми). Когда дело доходит до токарных деталей, мы можем достичь шероховатости поверхности 0,8 мкм, что означает, что скорость обработки не нужно регулировать.