Разновидности станков с ЧПУ: подробное руководство

Станки с ЧПУ — это программируемые машины, важная часть современной механообработки. Они помогают предприятиям разных отраслей изготавливать точные и сложные детали.

В этой статье мы рассмотрим определение станков с ЧПУ, их основные компоненты, различные типы станков с ЧПУ и то, как выбрать наиболее подходящий станок. Читайте далее.

Что такое станок с ЧПУ?

Станок с ЧПУ (числовым программным управлением) — это машина, которая использует компьютер для управления инструментами при резке, формообразовании и обработке материалов. Станки с ЧПУ работают с различными материалами, включая металлы, пластики, древесину и композиты.

Вместо ручного управления станком вы вводите проект в компьютерную программу. Затем станок выполняет инструкции с высокой точностью и прецизионностью для изготовления сложных точных деталей малыми и крупными партиями.

Основные узлы системы станка с ЧПУ

Станок с ЧПУ состоит из нескольких ключевых узлов, обеспечивающих его работу. Вот краткий обзор:

• Дисководы, специальные устройства хранения данных, клавиатуры и компьютеры для ввода и извлечения информации.
• Ethernet, HSSB (высокоскоростной порт передачи данных), LAN, RS 232C и другие сетевые подключения.
• Приводной вал магазина инструментов, рабочий стол, роботы для загрузки/разгрузки.
• Сервопривод и двигатель подачи для точного перемещения.
• Шпиндельный двигатель и привод для вращения режущего инструмента или заготовки.
• Блок управления ЧПУ для интерпретации и выполнения команд.
• Контроллер PMC, отвечающий за автоматизированные задачи и логику станка.
• Система обратной связи и измерения положения для обеспечения точности.
• Блок управления силовым шкафом для управления электрическими сигналами и электропитанием.

12 основных типов станков с ЧПУ

Существует множество различных типов станков с ЧПУ, и каждый из них предназначен для разных задач. Вот распространённые типы и их назначение:

1. Фрезерный станок с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ используют высокоскоростные режущие инструменты для снятия материала с заготовок, обычно обрабатывая плоские и блочные детали для придания им точной формы. Применяется множество типов инструментов, таких как концевые фрезы, сверла и метчики.

Размер обрабатываемого объекта зависит от кожуха станка и диапазона перемещения режущих инструментов. Многоосевая обработка имеет уникальные преимущества при производстве многомерных, асимметричных и сложных по форме заготовок. Фрезерование с ЧПУ подходит для обработки алюминия, стали, композитных материалов и других материалов.

2. Токарный станок с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ работает путём вращения материала, пока режущие инструменты придают ему форму. Он отлично подходит для изготовления симметричных деталей.

Благодаря принципу работы токарные станки с ЧПУ в основном применяются для обработки внутренних и наружных цилиндрических поверхностей валов или дисковых деталей, внутренних и наружных конических поверхностей с произвольными углами конуса, сложных вращающихся внутренних и наружных криволинейных поверхностей, а также цилиндрических и конических резьб; они также могут выполнять прорезание канавок, сверление, накатывание, развёртывание и растачивание.

3. Сверлильный станок с ЧПУ

Сверлильный станок — это машина, которая использует сверло для обработки отверстий в заготовке. В нём применяется специальный инструмент под названием сверло для выполнения сквозных или глухих отверстий. При оснащении дополнительными специализированными инструментами он также может выполнять такие операции, как зенкование, развёртывание или нарезание резьбы, что делает его весьма подходящим для крепления винтов, декоративных целей или сборки.

В зависимости от конструкции заготовки и размера производственной партии сверлильные станки подразделяются на настольные, вертикальные, радиально-сверлильные и др. Однако у них есть ограничение — без специальных свёрл они с трудом выполняют очень глубокие или крупные отверстия.

4. Шлифовальный станок с ЧПУ

Шлифовальный станок с ЧПУ выполняет шлифование, полирование или финишную обработку заготовки с помощью шлифовального круга, изготовленного из таких материалов, как керамика или алмаз.

Алмазные шлифовальные круги обеспечивают наилучшее качество обработки. Однако шлифование — медленный процесс, поэтому этот станок в основном используется для финишной обработки, а не для снятия больших объёмов материала.

5. Лазерный станок с ЧПУ

Лазерный станок с ЧПУ — это оборудование для бесконтактной термической обработки, не требующее прямого контакта с заготовкой. Он режет материалы мощным лазерным лучом независимо от их электропроводности.

Он подходит для высокоскоростной резки таких металлов, как алюминий, нержавеющая сталь и легированная сталь. Кроме того, максимальная толщина резки составляет 2,75 дюйма.

6. Станок плазменной резки с ЧПУ

Плазменный резак с ЧПУ использует электрическую дугу для создания высокотемпературной плазменной струи, которая прорезает металл.

Но поскольку при резке материал плавится, могут оставаться зоны термического влияния, изменяющие финишную обработку поверхности. Кроме того, он работает только с токопроводящими материалами, такими как металл.

7. Станок гидроабразивной резки с ЧПУ

Этот станок режет материалы струёй воды высокого давления. Он очень универсален и может разрезать практически всё, включая резину, стекло, камень и металл.

Он медленнее других отрезных станков, особенно при выполнении криволинейных резов или сложных форм.

8. Электроэрозионный станок (EDM)

Электроэрозионная обработка удаляет материал с помощью электрических разрядов. Она похожа на плазменную резку, но работает без контакта с материалом, поэтому отлично подходит для резки твёрдых металлов.

Кроме того, она работает только с токопроводящими материалами, поэтому её нельзя применять для дерева, пластика или керамики.

9. Фрезерный станок с ЧПУ (CNC router)

Фрезерный станок с ЧПУ вырезает формы и узоры в плоских материалах. Он может быть довольно шумным из-за множества движущихся частей.

10. Многоосевой станок с ЧПУ

В отличие от обычных станков с ЧПУ, перемещающихся в двух или трёх направлениях, многоосевой станок с ЧПУ может перемещаться в четырёх и более направлениях.

Такой уровень управления также критически важен в современном камнеобрабатывающем производстве, где мостовые пилы с ЧПУ с 5-осевой обработкой обеспечивают сложное 3D-профилирование плотных материалов, таких как гранит.

Он позволяет создавать высокоточные и сложные детали, но такими станками трудно управлять, и они требуют профессиональных навыков.

11. 3D-принтер

3D-принтер строит объекты слой за слоем по цифровому файлу. В отличие от станков с ЧПУ, которые удаляют материал, 3D-печать — это аддитивный процесс, то есть материал добавляется для создания формы.

3D-печать дорога и медленна, поэтому она менее практична для крупносерийного производства.

12. Автоматическая смена инструмента с ЧПУ (ATC)

Это устройство автоматически меняет режущий инструмент во время обработки. Оно помогает ускорить производство и сократить простои.

Инструмент меняется по двум основным причинам: замена изношенного инструмента или замена неподходящего инструмента на нужный.

Типы станков с ЧПУ по количеству осей

Станки с ЧПУ также классифицируются по количеству осей, в которых они могут перемещаться. Чем больше осей у станка, тем более сложные формы он может создавать. Рассмотрим их ниже.

2-осевой станок с ЧПУ

• Самый простой станок с ЧПУ.
• Перемещается в двух направлениях: вверх и вниз (ось X) и из стороны в сторону (ось Y).
• Подходит для простых прямолинейных резов, сверления отверстий и обработки одной поверхности за раз.

3-осевой станок с ЧПУ

• Самый распространённый тип.
• Перемещается в трёх направлениях: X, Y и Z (глубина).
• Может обрабатывать все шесть сторон заготовки, но требует переустановки.

4-осевой станок с ЧПУ

• Работает как 3-осевой станок, но с добавлением оси вращения (ось A).
• Позволяет вращаться режущему инструменту или заготовке.
• Подходит для криволинейных резов и круглых объектов

5-осевой станок с ЧПУ

• Добавляет ещё одно поворотное движение (ось C) для наклона инструмента.
• Может обрабатывать 5 сторон заготовки за один раз без переустановки

6-осевой станок с ЧПУ

• Добавляет третью ось вращения (ось B) к режущему инструменту или заготовке.
• Позволяет создавать очень гладкие поверхности и сложные формы

7-осевой станок с ЧПУ

• Имеет 3 оси перемещения (X, Y, Z), 3 оси вращения (A, B, C) и дополнительное вращение для рукоятки инструмента (ось E).

9-осевой станок с ЧПУ

• Сочетает 5-осевой фрезерный станок и 4-осевой токарный станок.
• Может обрабатывать как внешнюю, так и внутреннюю часть детали за одну установку

12-осевой станок с ЧПУ

• Самый современный тип с двумя режущими головками, перемещающимися во всех 6 направлениях (X, Y, Z, A, B и C).
• Повышает точность и удваивает скорость производства.
• Используется для высокоточного и крупносерийного производства.

Типы станков с ЧПУ по траектории перемещения

Станки с ЧПУ также можно классифицировать по характеру перемещений, например:

Позиционное управление

В этой системе станок перемещается из одной точки в другую, не выполняя обработку между ними.

Это наиболее экономичный выбор, если вам не нужно непрерывное перемещение. Такая система применяется для сверления, нарезания резьбы, точечной сварки и позиционирования.

Линейное управление

Эта система не только перемещается из одной точки в другую, но и управляет скоростью и траекторией движения. Она обеспечивает прямолинейное движение вдоль параллельной оси. Подходит для простых задач фрезерования и шлифования.

Контурное управление

Здесь станок плавно движется по запрограммированной траектории, одновременно выполняя резание. Система управляет несколькими осями совместно, поэтому отлично подходит для обработки сложных кривых и поверхностей.

Такая система встречается в шлифовальных, фрезерных и токарных станках с ЧПУ

Типы станков с ЧПУ по системе управления

Станки с ЧПУ также можно классифицировать по типу системы управления. Вот три типа:

Разомкнутая система управления

В этой системе нет обратной связи для проверки точности перемещения. Устройство ЧПУ подаёт сигнал в одном направлении, и станок перемещается с помощью шагового двигателя.

Она недорога и проста в использовании, но менее точна и стабильна.

Полузамкнутая система управления

В этой системе датчик на валу двигателя или на шарико-винтовой передаче измеряет перемещение. Измеренное перемещение сравнивается с заданным положением и корректируется соответствующим образом.

Она обеспечивает хорошую точность и стабильность при умеренной стоимости.

Замкнутая система управления

В этой системе датчики измеряют фактическое положение подвижных частей станка, и система непрерывно корректирует их в соответствии с запрограммированными значениями.

Она обладает очень высокой точностью и стабильностью, но сложнее и труднее в управлении.

Как выбрать оптимальный тип станка с ЧПУ?

Выбор оптимального станка с ЧПУ для вашего бизнеса зависит от многих факторов. Вот несколько важных моментов, которые нужно учесть перед выбором станка с ЧПУ:

Тип бизнеса

Размер и потребности вашего бизнеса сузят круг вариантов. Если у вас небольшая мастерская с ЧПУ, возможно, вам понадобится лишь несколько базовых фрезерных станков с ЧПУ.

Но если вы управляете крупной производственной компанией, вам могут понадобиться более крупные многофункциональные станки для больших объёмов производства.

Наличие запасных частей

Как и любая техника, станок с ЧПУ со временем может выйти из строя. Перед покупкой убедитесь, что запасные части легко найти и что ваша команда сможет при необходимости отремонтировать станок.

Быстрый доступ к запчастям сократит простои и поможет быстрее вернуть производство в рабочее русло.

Требования к изделию

Для простых деталей достаточно токарного станка с ЧПУ или 3-осевого фрезерного станка. Но для более сложных конструкций 5-осевой станок с ЧПУ позволяет изготовить деталь за одну установку, экономя время и затраты.

Некоторые отрасли также требуют специализированных станков с ЧПУ. Например, швейцарский токарный станок лучше всего подходит для производства тысяч мелких деталей сложной цилиндрической формы.

Требования к электропитанию

Станки с ЧПУ потребляют много энергии. Для эффективной работы им часто требуется трёхфазное электропитание. Перед покупкой проверьте, достаточно ли мощности в вашем помещении.

Даже если текущая конфигурация работает нормально, добавление нового станка с ЧПУ может превысить допустимую нагрузку на электросеть здания.

Тип материала

Если вы обрабатываете твёрдые металлы, такие как титан или нержавеющая сталь, вам нужен мощный станок, способный сохранять точность. Для более мягких материалов, таких как малоуглеродистая сталь или пластики, может хватить менее мощного станка.

DEK — услуги высокоточной обработки на станках с ЧПУ

Покупка станка с ЧПУ — серьёзное решение, поскольку затраты могут быть высокими. Если покупка станка не лучший вариант для вас, рассмотрите передачу задач обработки на станках с ЧПУ на аутсорсинг.

В DEK есть широкий парк станков с ЧПУ — от самых простых конфигураций до современных многоосевых станков. Наши опытные инженеры справятся с проектами любой сложности.

Свяжитесь с нами сейчас и получите результаты высшего качества!

Заключение

Теперь, когда вы знаете о различных типах станков с ЧПУ, вы можете выбрать подходящий для своих задач. С правильным станком с ЧПУ вы повысите эффективность и качество продукции, сэкономив затраты и время.