Что такое обработка с ЧПУ: Преимущества, процессы и материалы

В 21 веке промышленная автоматизация привела к невероятному технологическому прогрессу в производстве, основанному в первую очередь на использовании высокоточного оборудования.

Обработка на станках с ЧПУ - это распространенный производственный процесс, известный своей высокой точностью, аккуратностью и способностью создавать сложные изделия. Обработанные изделия широко используются в различных отраслях промышленности. В этой статье мы рассмотрим базовые знания об обработке на станках с ЧПУ, процесс, преимущества, материалы и области применения.

Что такое обработка с ЧПУ?

ЧПУ, Компьютерное числовое управлениеотносится к субтрактивному производственному процессу, в котором используются обрабатывающие инструменты с числовым программным управлением. Станки с ЧПУ используют G-код и M-код, полученные из CAD-моделей, для управления движением станка, инструментов и заготовки, снимая материал с заготовки или детали для производства различных деталей.

Обработка с ЧПУ - это автоматизированный процесс, обладающий множеством преимуществ и совместимый с многочисленными металлами, пластиками и композитами. Он часто используется для изготовления деталей сложной формы и высокой точности, широко применяемых в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная, медицинская и электронная промышленность. По сравнению с такими процессами, как 3D-печать (аддитивное) и литье под давлением, обработка с ЧПУ требует жестких допусков. Давайте продолжим чтение, чтобы узнать больше.

Как работает обработка с ЧПУ?

Основой обработки на станках с ЧПУ является язык программирования, включающий в себя инструкции. Каждый станок с ЧПУ имеет соответствующую компьютерную систему, которой требуется программное обеспечение CAM для преобразования 2D- или 3D-моделей, созданных в САПР, в набор инструкций (G-код), по которым станок с ЧПУ должен создать конечную деталь. После запуска станка процесс не требует ручного вмешательства, за исключением загрузки материалов, выгрузки готовой детали, перестановки инструмента или заготовки, что значительно снижает количество человеческих ошибок.

Далее рассмотрим четыре основных этапа процесса обработки на станках с ЧПУ.

1. Создание модели CAD

Прежде чем приступить к обработке на станках с ЧПУ, необходимо создать 2D- или 3D-модель с помощью системы автоматизированного проектирования (CAD).Компьютерное проектирование) программное обеспечение. Создать модель CAD несложно, но для проектирования сложных изделий требуются опытные и профессиональные дизайнеры. В соответствии с требованиями и функциями изделия дизайнеры используют программное обеспечение CAD для создания дизайна, включая форму, размеры, материалы и другие спецификации детали.

2. Преобразование CAD в CAM

Станки с ЧПУ не понимают цифровые проектные данные из файлов CAD, поэтому файлы CAD необходимо экспортировать в программное обеспечение CAM (Computer-Aided Manufacturing). Программное обеспечение CAM имеет набор инструментов, позволяющих преобразовать CAD-проект в G-код, который станок с ЧПУ может прочитать.

3. Настройка станка с ЧПУ

Перед началом производства необходимо выбрать подходящий станок с ЧПУ и выполнить правильную настройку. Настройка станка включает в себя калибровку нулевой точки, установку соответствующих инструментов, настройку параметров резки (таких как скорость вращения шпинделя, скорость подачи и т. д.) и тестирование выполнения программы. Правильная настройка поможет избежать ошибок в процессе обработки.

4. Выполнение обработки

После завершения настройки оператор может продолжить выполнение операции с помощью панели индикации на станке с ЧПУ. После нажатия кнопки запуска станок выберет соответствующий инструмент и переместится к заготовке для выполнения задачи резки в соответствии с G-кодом, пока не выполнит программу до конца.

Краткая история обработки с ЧПУ

В середине XX века, с развитием электронных технологий, использование ручных станков или станков с ручным управлением для изготовления деталей перестало удовлетворять потребности в массовом производстве высокоточных деталей сложной формы.

В 1948 году Джон Парсонс получил заказ от ВВС США на разработку первого станка с ЧПУ, а в 1952 году, MIT В сотрудничестве с компанией Parsons была успешно разработана первая демонстрационная машина.

С развитием компьютерных технологий, в 1969 году появился первый станок с ЧПУ с компьютерным управлением, и с тех пор обработка с ЧПУ вступила в новую эру. В 1980-х годах сочетание технологий CAD/CAM и обработки на станках с ЧПУ значительно повысило эффективность и точность обработки.

Если вы хотите узнать больше о CAD и CAM, продолжайте читать дальше.

Список терминов, используемых в обработке на станках с ЧПУ

CAD - автоматизированное проектирование

CAD, известная как Computer-Aided Design, - это метод, использующий компьютерные технологии для проектирования и черчения. Он позволяет создавать 2D- и 3D-чертежи обрабатываемых деталей, повышая точность и эффективность проектирования. Распространенное программное обеспечение включает AutoCAD (2D и 3D), Inventor (3D), SolidWorks (3D) и Creo (3D).

CAM - автоматизированное производство

CAM, или Computer-Aided Manufacturing, преобразует 2D-чертежи или 3D-модели, созданные в CAD-программе, в инструкции, которые могут быть поняты и выполнены машиной, причем преобразованный файл представляет собой набор инструкций G-кода и M-кода.

Лучшие примеры - Fusion 360, SolidCAM и Mastercam.

Что такое G-код и M-код?

G-код и M-код - это основные языки обработки с ЧПУ, используемые для управления перемещениями станка и вспомогательными функциями. Правильное использование этих кодов напрямую влияет на точность, эффективность и безопасность процесса обработки.

G-код

Отвечает за управление движением станка, например, за выбор траектории, установку скорости и выполнение тонкой обработки. В G-коде "G" означает геометрию, а ссылки X, Y и Z в G-коде относятся к осям перемещения. Цифры соответствуют определенным значениям для каждой оси. "N" означает номер строки. G-код - это геометрический код, используемый для указания режущему инструменту, как двигаться.

М-код

Управляет вспомогательными функциями станка, такими как запуск системы смазки, охлаждение и смена инструмента. М-код используется для выполнения операций, не связанных с резкой, на станках с ЧПУ и включает в себя различные команды станка. Поэтому его иногда называют "разным кодом".

CAE-Aided Engineering

Программное обеспечение CAE, что расшифровывается как Computer-Aided Engineering, в основном используется для анализа структурно-механических характеристик сложных инженерных проектов и изделий при проектировании, а также для оптимизации структурных характеристик. В качестве примера можно привести анализ структурных напряжений, динамику многих тел и вычислительную гидродинамику.

DNC - распределенное числовое управление

DNC (Distributed Numerical Control) - это система, которая соединяет несколько станков с ЧПУ с централизованной компьютерной системой для удаленного управления и передачи данных для нескольких станков, работающих вместе.

MDC - сбор данных о производстве

DMC, или сбор производственных данных, - это сбор различных данных в реальном времени от машин и операторов во время производственного процесса для лучшего понимания производственного процесса и повышения производительности и качества продукции.

Типы станков с ЧПУ

Фрезерование с ЧПУ

Фрезерный станок с ЧПУ В основном состоит из станины, рабочего стола, шпинделя, системы подачи, контроллера и панели управления. Фрезерование - это процесс обработки, при котором режущий инструмент вращается, а сам фрезерный станок - нет. Вращающийся инструмент снимает материал для завершения обработки детали, обычно это обработка плоских поверхностей и трехмерных элементов, напоминающих блоки. Существует множество типов фрезерных станков, включая вертикальные, горизонтальные, колонные, револьверные, C-образные, станинные и портальные.

Токарная обработка с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ В основном состоит из станины, бабки, задней бабки, стойки инструмента, системы подачи, системы охлаждения, контроллера и панели управления. При токарной обработке заготовка вращается, а режущий инструмент - нет. В основном он используется для обработки валообразных деталей, то есть деталей цилиндрической или конической формы.

Обработка электроэрозионным способом

Существуют различные типы электроэрозионной обработки, в том числе проволочная электроэрозионная обработка, ЭВМ с раковиной и электроэрозионная обработка мелких отверстий. В процессах EDM инструмент и заготовка физически не соприкасаются (оба являются проводящими материалами). Обычно инструмент служит катодом, подключенным к отрицательному полюсу импульсного источника питания постоянного тока, а заготовка - анодом, подключенным к положительному полюсу импульсного источника питания. Во время процесса зазор между инструментом и заготовкой заполняется изолирующей диэлектрической жидкостью.

Другие станки с ЧПУ

• Маршрутизаторы с ЧПУ
• Зубофрезерные станки с ЧПУ
• Лазерные резаки
• Плазменные резаки

Преимущества обработки с ЧПУ

Точность и высокая точность: Обработка с ЧПУ позволяет достичь точности, которая не может быть достигнута традиционной ручной обработкой, а автоматизированный процесс не требует вмешательства человека, что позволяет сократить количество ошибок в процессе обработки.

Быстро и эффективно: При обработке с ЧПУ детали могут быть изготовлены в течение нескольких дней, в зависимости от сложности проекта.

Эффективно с точки зрения затрат: Высокая степень автоматизации обработки с ЧПУ значительно снижает трудозатраты, а при неизменности настроек программы один и тот же тип изделия можно обрабатывать неограниченное количество раз

Широкий выбор материалов: Обработка с ЧПУ подходит для широкого спектра металлов, пластмасс и композитов. К распространенным металлам и пластмассам относятся: алюминий, нержавеющая сталь, медь, титан, нейлон, тефлон и PEEK.

Последовательность: При обработке с ЧПУ используется компьютерное программирование операций, что обеспечивает одинаковый внешний вид и функциональность всех изготавливаемых деталей, исключая возможность человеческой ошибки.

Быстрое прототипирование: Обработка с ЧПУ идеально подходит для производства небольших партий деталей, позволяя получать обработанные детали в короткие сроки. ЧПУ имеет относительно низкие начальные затраты, позволяет добиться жестких допусков, высококачественных поверхностей и сложной геометрии, что приводит к созданию высококачественных прототипов деталей.

Каковы различные типы процессов обработки с ЧПУ?

Фрезерование с ЧПУ

Фрезерование с ЧПУ это наиболее распространенный метод производства в обработке с ЧПУ и быстром прототипировании. Для удаления материала с заготовки используются в основном вращающиеся режущие инструменты, перемещающиеся по осям. Простые детали обычно обрабатываются на 3-осевых станках, в то время как для сложных прецизионных деталей обычно используется 5-осевая обработка.

Токарная обработка с ЧПУ

Токарная обработка с ЧПУ позволяет изготавливать цилиндрические или осесимметричные детали с высокой точностью и эффективностью. Он может эффективно обрабатывать вращающиеся элементы, такие как резьба, канавки и конусы.

Сверление с ЧПУ

Сверление с ЧПУ Использует вращающийся режущий инструмент для перемещения и сверления отверстий в неподвижной заготовке. Сверление используется в основном для отверстий с более низкими требованиями к качеству, таких как отверстия под болты, основания резьбы и масляные отверстия. Для отверстий, требующих более высокой точности и качества поверхности, используются последующие процессы, такие как развертывание, растачивание или шлифование.

Шлифование с ЧПУ

Шлифование это распространенный метод обработки на плоскошлифовальных станках с ЧПУ. В процессе шлифования шлифовальный круг контактирует с поверхностью заготовки, удаляя материал путем абразивного износа для достижения требуемой чистоты. Шлифование обеспечивает низкую силу резания, высокую точность и хорошее качество поверхности, что делает его пригодным для обработки поверхностей различных материалов.

Фрезерование с ЧПУ

Фрезерование с ЧПУ используется для резки различных материалов, таких как мягкие металлы, пластмассы, алюминий и композиты. При фрезеровании с ЧПУ заготовка остается неподвижной, в то время как режущий инструмент перемещается по осям X, Y и Z, подобно фрезерованию с ЧПУ.

Другие операции механической обработки

• Прошивка
• Притирка
• Пиление
• Хонингование
• Лазерная резка
• Плазменная резка
• Гидроабразивная резка

Обработка материалов с ЧПУ

Металлы

Металл - один из самых распространенных материалов, используемых при обработке на станках с ЧПУ. Характеристики различных металлов определяют легкость или сложность их обработки. Обработка с ЧПУ - лучший и самый быстрый способ обработки металлических деталей.

Вот некоторые широко используемые металлы в обработке с ЧПУ:

Алюминий: это самый распространенный металлический элемент в земной коре и самый широко используемый металл в обработке с ЧПУ. Высокое соотношение прочности и веса и отличная коррозионная стойкость делают его отличным выбором для изготовления легких деталей, требующих прочности, например, деталей авиационных двигателей. Часто используемые сплавы включают 6061 и 7075.

Медь: Обладает отличной электро- и теплопроводностью, что делает его идеальным материалом для электронных компонентов, и при этом более дорогостоящим по сравнению с алюминием или сталью.

Титан: это высокопроизводительный металл и один из самых твердых материалов. Благодаря обработке на станках с ЧПУ титан играет важнейшую роль в таких стратегических областях, как аэрокосмическая и медицинская промышленность.

Нержавеющая сталь: это коррозионностойкий, высокопрочный и обрабатываемый материал, пригодный для обработки на станках с ЧПУ, способный удовлетворить различные потребности в обработке сложных деталей.

Мягкая сталь: относится к углеродистой стали с содержанием углерода от 0,05% до 0,25%. Она обладает низкой прочностью, но высокой пластичностью, легко сваривается и может подвергаться высокоточной обработке на станках с ЧПУ.

Инструментальная сталь: обладает отличной обрабатываемостью и позволяет изготавливать детали различных форм и размеров. Она используется для производства высокоточных инструментов, пресс-форм и измерительных приборов.

Латунь: Это медно-цинковый сплав, обладающий хорошей коррозионной стойкостью, более высокой прочностью и твердостью, чем чистая медь, что делает детали, изготовленные из него, очень долговечными.

Пластик

Обработка с ЧПУ может использоваться для формовки пластиковых деталей. В обработке с ЧПУ обычно используются следующие пластмассы.

ABS: это термопластик, широко используемый в 3D-печати и литье под давлением. Однако, CNC обрабатывая ABS предпочтительнее для создания прототипов.

Нейлон: Это высокопроизводительный инженерный пластик, обладающий высокой прочностью, хорошей вязкостью и нелегко ломающийся. Обработка нейлона на станках с ЧПУ иногда может заменить некоторые металлические материалы.

PTFE: широко известный как ТефлонЭто высокоэффективный фторопласт, обладающий превосходной химической стойкостью и термостойкостью.

Дельрин: это полукристаллический высокоэффективный инженерный пластик, обладающий высокой прочностью, жесткостью и износостойкостью. Он широко используется в автомобильной, механической и электронной промышленности.

PEEK: известен как "супертехнический пластик" с превосходными комплексными свойствами. Он имеет сложные производственные процессы и более высокую стоимость, что делает его материалом с высокой добавленной стоимостью.

Акрил: является самым превосходным материалом среди прозрачных пластиков. Он обладает хорошей светопропускной способностью, устойчивостью к атмосферным воздействиям и высокой производительностью. Он может заменить стекло во многих областях. Акрил обладает хорошей обрабатываемостью и позволяет изготавливать большое количество деталей за короткое время.

Другие материалы

• Дерево
• Разное

Материальные соображения

Обработка с ЧПУ совместима с широким спектром материалов. Однако прежде чем выбрать материал для ЧПУ, обратите внимание на следующие факторы:

• Твердость
• Механические свойства
• Обрабатываемость
• Функция части
• Допуски на размеры
• Рабочая температура
• Затраты
• Приложение

Области применения механической обработки с ЧПУ

Обработка с ЧПУ широко используется в различных отраслях промышленности, а изделия с ЧПУ можно увидеть повсюду в повседневной жизни.

Автомобиль: Точность деталей автомобиля напрямую влияет на его производительность и безопасность. В автомобильном производстве обработка прецизионных деталей с ЧПУ позволяет получить более точные и прочные автозапчастиТакие как детали двигателя, детали подвески и т.д.

Медицина: Жесткие допуски, обеспечиваемые обработкой с ЧПУ, имеют решающее значение для производства высокопроизводительных медицинских компонентов. Она позволяет быстрое прототипирование для тестирования и проверки продукции, отвечающей требованиям точности, биосовместимости и безопасности медицинских изделий.

Аэрокосмическая промышленность: Благодаря высоким требованиям к точности и прочности аэрокосмических компонентов, обработка с ЧПУ позволяет изготавливать детали, отвечающие строгим стандартам, что крайне важно для безопасности самолетов. Распространенные аэрокосмические детали К ним относятся лопатки авиационных двигателей, компоненты турбин и сопла двигателей.

Электроника: Электронные устройства требуют высокой точности и стабильности компонентов. Обработка с ЧПУ позволяет достичь высокой точности, сложных форм и обработки поверхности, удовлетворяя требования к точности, внешнему виду и функциональности электронных изделий, что повышает их производительность и качество.

Робототехника: Обработка с ЧПУ позволяет точно изготавливать детали, соответствующие техническим условиям, что особенно важно в робототехнике, поскольку точность размеров является ключевым фактором при создании высокопроизводительных роботов. Кроме того, обработка с ЧПУ позволяет быстро создавать прототипы, что дает возможность быстро и часто вносить изменения и изготавливать сложные детали. роботизированные деталиускоряя внедрение инновационных роботов.

Альтернативные производственные процессы для обработки с ЧПУ

3D-печать

3D-печатьАддитивное производство - это технология, основанная на цифровых моделях, которая позволяет создавать объекты путем послойной печати с использованием таких материалов, как порошкообразный металл или пластик, которые могут быть соединены между собой. Она широко используется в машиностроении, особенно для проектирования прототипов и создания легких геометрических форм.

Литье под давлением

Литье под давлением это широко распространенный процесс производства пластмасс. Он предполагает впрыскивание расплавленного пластика в форму определенной формы, которая затем охлаждается и застывает, образуя желаемое изделие. Этот процесс аналогичен другим производственным процессам, таким как выдувное формование, овермолдинг и вставное формование. Его предпочитают за эффективность, экономичность и способность производить изделия сложной формы.

Литье под давлением

Литье под давлением схож с литьем под давлением, при котором расплавленный металл впрыскивается в форму под высоким давлением и с большой скоростью, а затем застывает под высоким давлением, образуя отливку. Процесс литья под давлением часто используется для формирования алюминиевых сплавов, медных сплавов, магниевых и цинковых сплавов. С его помощью можно получать металлические детали сложной формы, с четкими контурами и тонкими стенками с глубокими полостями.

Каковы тенденции в отрасли обработки с ЧПУ?

В 2000-х годах интеграция новых технологий, таких как интернет-технологии, искусственный интеллект и сенсорные технологии, способствовала дальнейшему развитию обработки с ЧПУ. Сегодня обработка с ЧПУ стала незаменимой частью современного производства, широко используется в аэрокосмической, автомобильной, электронной, медицинской промышленности и других областях, обеспечивая нам более продвинутый и удобный жизненный опыт.

Нужны ли вам быстрые прототипы, мелкосерийное производство или крупномасштабное производството обработка с ЧПУ - это ваш первый выбор. В будущем искусственный интеллект будет широко применяться в обработке с ЧПУ, при этом будет разработано больше осей для создания более сложных геометрических форм. Кроме того, в обработке с ЧПУ будут широко использоваться роботы для беспилотного производства, что приведет к полной автоматизации. Наконец, в обработке с ЧПУ будет уделяться больше внимания защите окружающей среды и устойчивому развитию за счет использования более экологичных материалов и процессов, снижения воздействия на окружающую среду и уменьшения потребления энергии.

Заключение

Благодаря обсуждению в этом блоге концепции, процесса, истории, преимуществ, методов обработки и применения обработки с ЧПУ, мы считаем, что теперь вы имеете полное представление об обработке с ЧПУ. Если у вас остались вопросы по проекту обработки с ЧПУ, вы можете связаться с Наша профессиональная команда инженеров ответит на ваши вопросы.

Компания DEK принимает активное участие в Услуги по обработке на станках с ЧПУ На протяжении многих лет мы стремимся предоставить вам эффективные и высококачественные услуги по обработке прецизионных деталей.

Кроме того, мы собрали некоторые общие вопросы по обработке на станках с ЧПУ, которые, как мы надеемся, будут вам полезны. Пожалуйста, продолжайте читать вместе с нами.

Часто задаваемые вопросы по обработке с ЧПУ

Какие основные проблемы возникают при обработке с ЧПУ?

При обработке сложных деталей программирование затруднено и требует особенно высоких навыков программирования как от используемого программного обеспечения, так и от программиста.

Какие термины используются при обработке на станках с ЧПУ?

Общие термины в обработке с ЧПУ включают:

CAD: Компьютерное программное обеспечение

CAM: Компьютерное производство

CAE: компьютерное проектирование

DNC: распределенное числовое управление

G-код: Геометрические коды

М-код: Различные машинные коды

Какие режущие инструменты наиболее распространены для обработки на станках с ЧПУ?

К режущим инструментам, используемым в станках с ЧПУ, относятся фрезы, сверла, токарные резцы, протяжки, резьбонарезные инструменты, метчики, развертки, варочные головки и инструменты для изготовления отверстий.

Сколько стоит обработка с ЧПУ?

Материалы: Разница в цене между различными материалами может быть значительной. На рынке титановые сплавы стоят гораздо дороже алюминиевых. Кроме того, из-за повышенного износа инструмента и более низкой скорости резания стоимость обработки титана будет выше, чем алюминиевых сплавов.

Сложность: Чем сложнее геометрия обрабатываемых деталей, тем выше стоимость обработки. Например, детали крыльчатки, требующие пятиосевой обработки, стоят дороже, чем обычные квадратные детали, которые можно обработать с помощью трех осей.

Терпимость: Чем строже требования к допускам на размеры, тем выше стоимость.

Отделка поверхности: Детали со строгими требованиями к чистоте поверхности требуют специальной обработки, что увеличивает время и стоимость обработки.

Количество: Массовое производство дешевле мелкосерийного, потому что оптовые закупки снижают стоимость сырья, а затраты на настройку программы распределяются на большее количество деталей. Чем больше количество, тем ниже стоимость одной детали.