Что такое процесс ЧПУ?

ЧПУ представляет собой «компьютерное цифровое управление», что означает, что станок управляется набором команд, выдаваемых контроллером. Код команды, выдаваемый контроллером, обычно имеет форму списка координат, называемого G-кодом. Любую машину, управляемую таким кодом, можно назвать станком с ЧПУ, включая фрезерные станки, токарные станки и даже плазменные резаки. В этой статье мы сосредоточимся на различных типах фрезерных и токарных станков с ЧПУ и их комбинациях. Движение станков с ЧПУ может определяться их осями, включая ось X, ось Y и ось Z, а более продвинутые машины также включают ось A, ось B и ось C. Оси X, Y и Z представляют собой основные декартовы векторы, а оси A, B и C представляют вращение оси. Станки с ЧПУ обычно используют до пяти осей. Типичные станки с ЧПУ перечислены ниже.

Токарный станок с ЧПУ Этот тип токарного станка работает путем вращения материала в лотке для карт токарного станка. Затем инструмент перемещается по двум осям, чтобы вырезать цилиндрические детали. Токарный станок с ЧПУ может формировать криволинейную поверхность, тогда как на ручном токарном станке сложно или даже невозможно сформировать криволинейную поверхность. Инструменты, которые обычно не вращаются, но могут и двигаться, если это электроинструмент.

Фрезерные станки с ЧПУ Фрезерные станки с ЧПУ обычно используются для изготовления плоских деталей, но более сложные станки имеют больше степеней свободы для изготовления сложных форм. Материал неподвижен, а шпиндель вращается вместе с инструментом, который перемещается по трем направлениям оси для резки материала. В некоторых случаях шпиндель неподвижен, а материал движется.

Сверление с ЧПУ. Этот станок похож на фрезерный станок с ЧПУ, но он специально разработан для резки только в одном направлении оси, при этом сверление материала происходит только по оси Z, а не по осям X и Y.

Шлифовальный станок с ЧПУ. Этот станок позволяет шлифовальному кругу контактировать с материалом, создавая поверхность высокого качества. Он предназначен для удаления небольшого количества материала с твердого металла; и, таким образом, используется в качестве операции по обработке поверхности.

Производство с сокращением материалов

ЧПУ механическая обработка производит детали за счет уменьшения количества материалов. Эта обработка по сути удаляет материал из твердой заготовки и в конечном итоге придает желаемую форму. Это можно сделать любым из способов мы упомянули выше, такие как фрезерование, токарная обработка, шлифование или сверление. Аддитивное производство — это противоположный процесс, в котором добавляются материалы и в конечном итоге формируются компоненты, такие как 3D-печать.

оснастка

Инструмент выполняет все режущие работы. При необходимости инструменты обычно монтируются на стойки для инструментов или загружаются на шпиндель. В процессе изготовления цельных деталей необходимо множество различных инструментов, а универсального метода изготовления не существует. Ниже перечислены инструменты, обычно используемые при типичной механической обработке.

Фрезерные инструменты

Вертикальная фреза является распространенным инструментом и обычно способна резать в трех направлениях. Он разделен на различные стили, такие как плоская головка, закругленный радиус, шаровая головка и коническая ручка; с различным количеством лопастей, углами спирали, материалами подложки и покрытия.

Торцевая фреза Плоская фреза может резать большую площадь поверхности, то есть фрезеровать в прямой плоскости. Его режущая кромка обычно находится на кромке инструмента, а фрезерные зубья обычно представляют собой твердосплавные лезвия.

Резьбонарезная фреза может нарезать резьбу, вращаясь вокруг вала колеса, чтобы вырезать форму резьбы.

Фреза для резки использует такую фрезу для формирования Т-образной канавки по длине детали. Поскольку по геометрии этого инструмента он должен входить и выходить из открытого конца материала.

Инструментальные материалы

Как следует из названия, инструмент предназначен для резки деталей по внешнему диаметру. Это может быть цельный инструмент, придающий деталям нужную форму, или твердосплавное лезвие.

Эти инструменты обычно относительно тонкие и могут проникнуть внутрь деталей после сверления, нарезания внутреннего диаметра или формирования внутренней резьбы.

Инструмент для резки используется для резки деталей после всех остальных операций в качестве заключительной операции.

Сверление используется для сверления деталей в продольном направлении, при этом просверленные отверстия должны быть шарнирно закреплены или просверлены для достижения окончательного допуска.

Инструментальные материалы

Тип инструмента можно дополнительно подразделить по материалу самого инструмента. Общие инструментальные материалы перечислены ниже:

Высокоуглеродистая сталь – это самая низкая стоимость обрабатывающего инструмента, срок службы небольшой. Он потеряет свою твердость при температуре около 200 ℃.

Быстрорежущая сталь (HSS) используется чаще, чем инструменты из углеродистой стали, поскольку она служит дольше и теряет твердость при температуре 600°C, поэтому ее можно резать на более высокой скорости.

Закаленные инструменты более жесткие, чем HSS, но имеют меньшую жесткость и могут сломаться при неправильной эксплуатации. Он может выдерживать температуру до 900 ℃.

Керамические режущие инструменты чрезвычайно тверды и обычно используются только для резки твердых материалов при очень высоких температурах. Он имеет два распространенных материала: нитрид алюминия и нитрид кремния.

Кубический нитрид бора. Эти инструменты идеально подходят для закаленной стали и суперсплавов, поскольку обладают превосходной стойкостью к трению и термической стойкостью.

Преимущества и недостатки обработки с ЧПУ.

Обработка с ЧПУ постепенно стала обычным явлением, поскольку она более эффективна, чем станки с ручным управлением. Некоторые преимущества и недостатки станков с ЧПУ перечислены ниже.

Тип фрезерно-токарных станков с ЧПУ

Фрезерный станок CCNC

Вертикальный обрабатывающий центр (VMC) Шпиндель вертикального обрабатывающего центра удерживается в одном и том же положении, а токарный станок перемещается под ним. В некоторых случаях токарный станок перемещается вверх и контактирует со шпинделем, либо шпиндель может перемещаться вверх и вниз по оси Z. Такие станки обладают высокой жесткостью и поэтому способны производить высокоточные детали. Его недостаток в том, что рабочая зона сравнительно небольшая. VMC, может быть 3 оси (X, Y, Z), 4 оси (X, Y, Z, A) или даже 5 осей (X, Y, Z, A, B).

Горизонтальный обрабатывающий центр (HMC) Шпиндель станка HMC расположен горизонтально, а не вертикально. Такие станки идеально подходят для долгосрочного производства, поскольку при достаточной рабочей нагрузке они могут обрабатывать в три раза больше деталей, чем VMC. HMC намного дороже, чем VMC. Кусок материала можно закрепить на токарном станке во время изготовления другой детали. Таким образом, можно добиться непрерывного производства, а шпиндель можно легко и быстро переместить к следующему куску материала.

токарный станок с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ способен обрабатывать только одним патроном и двумя осями. Токарные станки с ЧПУ бывают следующих типов:

Обычный токарный станок - это, по сути, своего рода стандартный токарный станок, относительно распространенный. В его английское название входило слово «Двигатель», потому что раньше такие токарные станки приводились в движение шкивом от двигателя, установленного снаружи станка. Обычный токарный станок – это станок с двигателем.

Токарно-револьверный станок может значительно ускорить производство, поскольку все необходимые инструменты загружаются в револьвер еще до начала производства. Если понадобится новый инструмент, просто поверните его в соответствующее положение.

Токарный станок для инструментального цеха Токарный станок для инструментального цеха используется для высокоточных мелкосерийных операций. Как следует из названия, этот тип токарных станков используется для изготовления инструментов и форм. Функции токарно-инструментального станка также очень универсальны.

Высокоскоростной токарный станок. Этот тип токарного станка в основном используется для легких операций, его конструкция очень проста, включая шпиндельную коробку, заднее сиденье и держатель ножа.

Токарные станки с ЧПУ очень продвинуты, предлагают ряд функций, включая фрезерные и револьверные держатели инструментов и даже второй шпиндель. Токарный центр также делится на вертикальный и горизонтальный типы. Горизонтальный токарный станок позволяет падающим обломкам деталей попадать на конвейер стружки, а вертикальный токарный станок позволяет гравитации удалять мусор, когда детали попадают в патрон. Вертикальные токарные станки легче автоматизировать. Что касается того, какой тип токарного станка больше подходит, это зависит от конкретного применения.

материал

Станки с ЧПУ способны обрабатывать самые разные материалы, от алюминия до суперсплавов (например, конконель). Каждый материал имеет свой собственный набор проблем, требующих определенных инструментов, скорости и методов доставки.

алюминий

Поскольку алюминий — очень мягкий металл, существует риск прилипания к режущему инструменту. Учитывая низкую температуру плавления алюминия, соответствующий отпуск алюминия для повышения твердости может улучшить его обрабатываемость.

углеродистая сталь

Поскольку сталь делится на множество марок, на общую обработку материала будут влиять многие факторы, такие как холодная обработка, химический состав, микроткани и другие факторы. В целом такие элементы, как свинец и олово, могут увеличить скорость резания, а сера может снизить деформационное упрочнение стружки.

титан

Существует множество типов титановых сплавов, и каждый из них сталкивается со своими проблемами. В идеале инструмент должен постоянно взаимодействовать с материалом, так как пребывание в определенной зоне приведет к трению, накоплению тепла, технологическому упрочнению и износу инструмента. Чистый титан имеет свойства, аналогичные алюминию, а также прилипает к режущим инструментам, но его сплавы обычно более жесткие и могут привести к накоплению тепла и износу инструмента. Низкая скорость и высокая стружколомность продлевают срок службы инструмента при более низкой температуре.

жаропрочный сплав

Жаропрочный сплав обладает очень высокой прочностью при высокой температуре, поэтому его сложно обрабатывать. Для обработки таких материалов необходимы более мощные машины. Суперсплавы могут затвердевать очень быстро, что затрудняет последующую обработку. Обычно рекомендуется поддерживать низкую скорость резания.

медь

Как мы все знаем, медь — очень трудный для обработки материал, поскольку из-за своей гибкости она часто накатывается вокруг инструмента и не поддается резке. В основном он используется для силовых компонентов и компонентов теплообменников, которым требуется высокая электропроводность и высокий коэффициент теплопередачи. Для чистой меди обычно можно использовать высокоскоростную подачу. Обработка медного сплава намного проще по сравнению с чистой медью.

пластмассы

Существуют тысячи пластиков, от термореактивных пластиков до обычных термопластов. Твердость и механические свойства пластика также сильно различаются. Только твердые пластмассы можно хорошо обрабатывать и удерживать в пределах допусков, в то время как мягкие пластмассы часто деформируются при прохождении через режущие инструменты, в результате чего внешние размеры компонентов не соответствуют спецификациям. Поскольку пластик является изолятором, на режущей кромке часто скапливается тепло, и если не соблюдать осторожность, он расплавится.

Какие проблемы могут возникнуть?

Хотя станки с ЧПУ имеют множество применений и функций, существуют некоторые риски. Ниже перечислены некоторые частые ошибки при обработке с ЧПУ.

Сбой системы ЧПУ Станок с ЧПУ не думает сам за себя; он будет следовать только человеческим инструкциям. Если не запрограммировано правильно, станок может позволить режущему инструменту разрезать себя за миллисекунду. Устройство обычно обнаруживает сбой системы и перестает работать, но в этот момент оно могло привести к повреждению. Существует множество программных инструментов, которые помогут снизить такие риски. Вы можете смоделировать путь работы инструмента перед загрузкой кода в машину. Используя стандартное программное обеспечение для автоматизированного производства (CAM), сложно моделировать сложные 5-осевые станки, используя другое программное обеспечение в процессе между написанием кода CAM и загрузкой кода в станок.

Неправильная скорость, скорость подачи и подача необходимы для производства высококачественных обрабатывающих компонентов. Если используются неправильные настройки, износ инструмента, обработка поверхности и допуски не будут ускорены. Правильная настройка скорости и подачи — сложная тема, поскольку для каждого материала и его сплава требуются разные настройки для достижения желаемого эффекта резания. Для достижения разумной настройки обычно требуется несколько попыток.

Отсутствие технического обслуживания Как и любая сложная машина, отсутствие технического обслуживания приводит к быстрому выходу станка с ЧПУ из строя. Машину необходимо содержать в чистоте и строго следовать графику технического обслуживания OEM.

Основные отрасли промышленности, использующие технологии ЧПУ

Любая отрасль, занимающаяся производством компонентов, будет прямо или косвенно затронута обработкой с ЧПУ. Некоторые из основных отраслей, использующих обработку с ЧПУ, перечислены ниже.

Аэрокосмическая промышленность Аэрокосмическая промышленность требует компонентов с высокой точностью и повторяемостью, включая лопатки турбин в двигателях, инструменты для других компонентов и даже камеры сгорания, используемые в ракетных двигателях.

Автомобильная промышленность и машиностроение. Автомобильная промышленность нуждается в производстве высокоточных форм для литья деталей (например, седел двигателя) или для обработки деталей с высокими допусками (например, поршней). Портальная машина может отливать глиняные модули для использования на этапе проектирования автомобиля.

Военная промышленность использует высокоточные компоненты со строгими требованиями к допускам, включая компоненты ракет, стволы орудий и т. д. Все обрабатываемые компоненты в военной промышленности могут выиграть от точности и скорости станков с ЧПУ.

Медицинские имплантаты обычно проектируются с учетом формы человеческих органов и должны быть изготовлены из современного сплава. Поскольку ни один ручной станок не может создавать такие формы, станок с ЧПУ становится необходимостью.

Энергетика и энергетика охватывают все области техники: от паровых турбин до новейших технологий ядерного синтеза. Паровая турбина требует высокой точности турбинных лопаток для поддержания баланса в турбине и формы R & amp в синтезе; Полость плазменного подавления D очень сложна, изготовлена из современных материалов и требует поддержки станков с ЧПУ.

Современные тенденции в технологиях ЧПУ

В связи с ускоренными темпами развития науки и технологий в последние годы мы чувствуем, что аддитивное производство станет основным направлением обработки с ЧПУ, но с большей вероятностью будет появляться все больше и больше новых производственных центров, которые будут представлять собой комбинацию различных технологий с машиной, чтобы в полной мере использовать преимущества уменьшения количества материала и машины для аддитивного производства, развивать функцию сильнее, чем сумма двух машин. Первые применения таких машин уже появились.

Кроме того, благодаря четвертой промышленной революции, автоматизация достигла больших успехов, и будут разработаны более автоматизированные системы, способные к самодиагностике и самохимической оптимизации, требующие минимального вмешательства человека. Ожидается, что в будущем продукция будет производиться в соответствии с индивидуальными требованиями потребителей, а станки с ЧПУ, обладающие превосходной гибкостью, смогут воплотить это видение в жизнь.