Что такое ЧПУ-обработка, определение, процессы, типы, стоимость материалов и применение？
Что такое ЧПУ-обработка, определение, процессы, типы, стоимость материалов и применение. Определение ЧПУ-обработки — это subtractive manufacturing process, который обычно использует компьютеризированное управление и станки для удаления слоёв материала из заготовки — известной как заготовка или деталь — и производства индивидуальной детали. Этот процесс подходит для широкого спектра материалов, включая металлы, пластики, дерево, стекло, пену и композиты, и применяется в различных отраслях, таких как крупномасштабная ЧПУ-обработка, обработка деталей и прототипов для телекоммуникаций, а также аэрокосмическая обработка, требующая более точных допусков, чем в других отраслях. Обратите внимание, что существует разница между определением ЧПУ-обработки и определением станка с ЧПУ — один является процессом, другой — машиной.
Станок с ЧПУ (иногда неправильно называемый C и C машиной) — это программируемый станок, способный автономно выполнять операции ЧПУ-обработки.
ЧПУ-обработка как производственный процесс и услуга доступны по всему миру. Вы легко можете найти услуги ЧПУ-обработки в Европе, а также в Азии, Северной Америке и других регионах мира.
Процессы subtractive manufacturing, такие как ЧПУ-обработка, часто противопоставляются процессам additive manufacturing, таким как 3D-печать, или формообразующим процессам, таким как литье под давлением. В то время как subtractive процессы удаляют слои материала из заготовки для создания индивидуальных форм и дизайнов, additive процессы собирают слои материала для получения желаемой формы, а формообразующие процессы деформируют и смещают исходный материал в нужную форму. Автоматизированный характер ЧПУ-обработки обеспечивает высокую точность и аккуратность, простоту изготовления деталей и экономическую эффективность при выполнении единичных и средних серий. Однако, несмотря на определённые преимущества, возможности сложности и сложности дизайна деталей, а также экономическая эффективность производства сложных деталей ограничены.
Хотя каждый тип производственного процесса имеет свои преимущества и недостатки, в этой статье рассматривается процесс ЧПУ-обработки, основные этапы процесса, а также компоненты и инструменты станка с ЧПУ. Кроме того, в статье рассматриваются различные механические операции ЧПУ и предлагаются альтернативы процессу ЧПУ-обработки.
В двух словах, этот гид охватывает:
Обзор процесса ЧПУ-обработки
Типы операций ЧПУ-обработки
Оборудование и компоненты станка с ЧПУ
Материалы для ЧПУ
Размерные особенности ЧПУ
Альтернативы использованию станка с ЧПУ
История ЧПУ-обработки
Вы сейчас ищете работу или работодатель, желающий нанять сотрудников? Мы подготовили для вас обширные ресурсы для специалистов и работодателей, ищущих кадры. Если у вас есть вакансия, вы также можете заполнить нашу форму для возможности её публикации в информационном бюллетене Thomas Monthly Update.
Обзор процесса ЧПУ-обработки
Эволюционировав из процесса числового управления (ЧУ), использовавшего перфокарты, ЧПУ-обработка — это производственный процесс, использующий компьютеризированное управление для работы и манипуляции станками и режущими инструментами для формирования заготовки — например, металла, пластика, дерева, пенопласта, композитов и др. — в индивидуальные детали и дизайны. Хотя процесс ЧПУ-обработки предлагает различные возможности и операции, основные принципы процесса остаются во многом одинаковыми. Основные этапы процесса ЧПУ-обработки включают:
Проектирование модели CAD
Преобразование CAD-файла в программу для ЧПУ
Подготовка станка с ЧПУ
Выполнение операции обработки
Проектирование модели CAD
Процесс обработки на станке с ЧПУ начинается с создания 2D-векторного или 3D-твердотельного CAD-моделя детали, выполненного внутри компании или с помощью CAD/CAM-сервиса. Программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD) позволяет дизайнерам и производителям создавать модель или визуализацию своих деталей и продуктов вместе с необходимыми техническими характеристиками, такими как размеры и геометрия, для производства детали или продукта.
Проекты деталей для обработки на станке с ЧПУ ограничены возможностями (или невозможностями) станка и инструмента. Например, большинство инструментов для станков с ЧПУ цилиндрические, поэтому возможные геометрии деталей ограничены, так как инструменты создают изогнутые угловые участки. Кроме того, свойства обрабатываемого материала, конструкция инструмента и возможности фиксации заготовки дополнительно ограничивают возможности проектирования, такие как минимальная толщина детали, максимальный размер детали и сложность внутренних полостей и элементов.
После завершения CAD-проекта, дизайнер экспортирует его в файл, совместимый с ЧПУ, например STEP или IGES.
Таблицы допусков для обработки на станках с ЧПУ
При заказе деталей в мастерскую важно указывать все необходимые допуски. Хотя станки с ЧПУ очень точны, они все равно допускают небольшие отклонения между копиями одной и той же детали, обычно около + или – 0,005 дюймов (0,127 мм), что примерно вдвое больше ширины человеческого волоса. Чтобы снизить затраты, заказчики должны указывать допуски только в тех областях детали, которые требуют особенно высокой точности, так как они будут контактировать с другими частями. Хотя существуют стандартные допуски для разных уровней обработки (как показано в таблицах ниже), не все допуски одинаковы. Например, если деталь не может быть больше определенного размера, ей может быть установлен допуск +0,0/-0,5, что означает, что она может быть немного меньше, но не больше в этой области.
Таблица 1: Линейные допуски при обработке на станках с ЧПУ
Диапазон размеров (мм) Тонкий (F) +/- Средний (M) +/- Грубый (C) +/- Очень грубый (V) +/-
0.5-3 0.05 0.1 0.2 —
3-6 .05 .1 .3 .5
6-30 .1 .2 .5 1.0
30-120 .15 .3 .8 1.5
120-400 .2 .5 1.2 2.5
400-1000 .3 .8 2.0 4.0
1000-2000 .5 1.2 3.0 6.0
2000-4000 — 2.0 4.0 8.0
Таблица 2: Допуски углов при обработке на станках с ЧПУ
Диапазон размеров (мм) Тонкий (F) +/- Средний (M) +/- Грубый (C) +/- Очень грубый (V) +/-
0-10 1° 1° 1° 30’ 3°
10-50 0° 30’ 0° 30’ 1° 2°
50-120 0° 20’ 0° 20’ 0° 30’ 1°
120-400 0° 10’ 0° 10’ 0° 15’ 0° 30’
400 0° 5’ 0° 5’ 0° 10’ 0° 20’
Таблица 3: Допуски радиусов и фасок при обработке на станках с ЧПУ
Диапазон размеров (мм) Тонкий (F) +/- Средний (M) +/- Грубый (C) +/- Очень грубый (V) +/-
.5-3 .2 .2 .4 .4
3-6 .5 .5 1 1
6 1 1 2 2
Конвертация CAD файла
Отформатированный CAD проект проходит через программу, обычно программное обеспечение для автоматизированного производства (CAM), чтобы извлечь геометрию детали и сгенерировать цифровой программный код, который будет управлять ЧПУ-станком и манипулировать инструментами для производства заказной детали.
Используемые на ЧПУ станках языки программирования включают несколько, в том числе G-код и M-код. Самым известным из языков программирования для ЧПУ является общий или геометрический код, называемый G-кодом, который управляет тем, когда, где и как движутся инструменты станка — например, когда включать или выключать, с какой скоростью перемещаться к определенной точке, какие пути выбирать и т.д. — по заготовке. Различные функции кода, называемые M-кодом, управляют вспомогательными функциями станка, такими как автоматическая снятие и установка крышки станка в начале и конце производства соответственно.
После генерации программы ЧПУ оператор загружает её в станок с ЧПУ.
Настройка станка
Перед запуском программы ЧПУ оператор должен подготовить станок к работе. Эти подготовительные действия включают закрепление заготовки непосредственно в станке, на шпинделях оборудования или в зажимах или подобных устройствах для фиксации заготовки, а также установку необходимого инструмента, такого как сверла и концевые фрезы, на соответствующие компоненты станка.
После полной настройки станка оператор может запустить программу ЧПУ.
Выполнение операции обработки
Программа ЧПУ действует как инструкция для станка; она отправляет команды станка, диктующие действия и перемещения инструмента, на встроенный компьютер станка, который управляет и манипулирует инструментами станка. Запуск программы инициирует процесс обработки ЧПУ, а сама программа руководит станком на протяжении всего процесса, выполняя необходимые операции для производства заказной детали или изделия.
Процессы обработки ЧПУ могут выполняться внутри компании — если она инвестирует в приобретение и обслуживание собственного оборудования ЧПУ — или быть переданными специализированным поставщикам услуг по обработке ЧПУ.
Типы операций ЧПУ-обработки
Обработка ЧПУ — это производственный процесс, подходящий для различных отраслей, включая автомобильную, аэрокосмическую, строительную и сельскохозяйственную, и способный производить широкий спектр продукции, такой как каркасы автомобилей, хирургическое оборудование, двигатели самолетов, шестерни, ручные и садовые инструменты. Процесс включает несколько различных операций механической обработки с использованием компьютерного управления — включая механические, химические, электрические и тепловые процессы — которые удаляют необходимый материал из заготовки для создания заказной детали или изделия. В то время как химические, электрические и тепловые процессы обработки рассматриваются в последующих разделах, этот раздел посвящен наиболее распространенным механическим операциям обработки ЧПУ, включая:
Сверление
Фрезерование
Точение
Сверление ЧПУ
Сверление — это процесс обработки, при котором используются многошпиндельные сверла для создания цилиндрических отверстий в заготовке. В сверлении ЧПУ обычно станок подает вращающееся сверло перпендикулярно плоскости поверхности заготовки, что создает вертикально ориентированные отверстия диаметром, равным диаметру используемого сверла. Однако угловое сверление также возможно с помощью специальных конфигураций станка и устройств для фиксации заготовки. Возможности сверлильного процесса включают контрбурение, зенкерование, развертывание и нарезание резьбы.
Фрезерование ЧПУ
Фрезерование — это процесс обработки, при котором используются вращающиеся многошпиндельные режущие инструменты для удаления материала из заготовки. В фрезеровании ЧПУ станок обычно подает заготовку к режущему инструменту в том же направлении, что и вращение инструмента, тогда как при ручном фрезеровании станок подает заготовку в противоположном направлении вращения инструмента. Возможности фрезерования включают торцевое фрезерование — обработку поверхностей и плоских полостей — и периферийное фрезерование — вырезание глубоких полостей, таких как пазы и резьбы.
Токарная обработка ЧПУ
Токарная обработка и многошпиндельная обработка
Токарная обработка — это процесс обработки, при котором используется односторонний режущий инструмент для удаления материала с вращающейся заготовки. В токарной обработке ЧПУ станок — обычно токарный станок с ЧПУ — подает режущий инструмент линейным движением вдоль поверхности вращающейся заготовки, удаляя материал по окружности до достижения нужного диаметра, чтобы получить цилиндрические детали с внешними и внутренними особенностями, такими как пазы, конические поверхности и резьбы. Возможности процесса включают растачивание, торцевание, канавление и нарезание резьбы. Если сравнивать фрезерование и токарную обработку, то фрезерование с вращающимися режущими инструментами лучше подходит для более сложных деталей. Однако токарные станки, с вращающимися заготовками и неподвижными инструментами, лучше подходят для быстрого и точного изготовления круглых деталей.
Каковы преимущества и недостатки обработки ЧПУ?
Хотя обработка ЧПУ является жизнеспособным и даже идеальным производственным процессом для многих применений — от прототипирования до среднего масштабного производства конечных деталей — у нее есть свои недостатки. В этом разделе мы рассматриваем преимущества и ограничения этого удаляющего материал процесса обработки.
Обработка на станках с ЧПУ обеспечивает превосходную точность и повторяемость. Как фрезерование, так и токарная обработка позволяют изготавливать детали с очень жесткими допусками, что делает ЧПУ идеальным для высокотехнологичных применений, таких как аэрокосмическая, авиационная и автомобильная промышленность. Большинство материалов, используемых в обработке на станках с ЧПУ, обладают превосходными и полностью изотропными физическими свойствами и подходят для большинства инженерных применений.
В целом, обработка на станках с ЧПУ является наиболее экономически эффективным производственным процессом для производства малых и средних партий металлических деталей. Это означает, что вы можете использовать ЧПУ для единичных прототипов или для производства до 1000 единиц.
Хотя эти преимущества делают обработку на станках с ЧПУ привлекательным вариантом для инженеров, субтрактивный характер технологии делает некоторые более сложные геометрии очень дорогими или даже невозможными для изготовления.
С финансовой точки зрения, начальные затраты на обработку на станках с ЧПУ намного выше, чем на 3D-печать. Если вы хотите производить недорогие прототипы из пластика, то 3D-печать может быть лучшим вариантом с точки зрения настройки.
Сроки выполнения заказов на обработку на станках с ЧПУ, как правило, больше, чем на 3D-печать, поскольку средний срок выполнения заказа на 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 требуются более глубокие знания.
Каковы основные правила Protolabs Network для обработки на станках с ЧПУ?
Давайте разберем ключевые параметры, которые необходимо учитывать при обработке на станках с ЧПУ как металлических, так и пластиковых деталей на заказ.
Ключевой параметр ЧПУ Что говорит Protolabs Network
Точность размеров Типичная: ± 0,125 мм (0,005 дюйма) Максимальная: ± 0,02 мм (0,0008 дюйма)
Минимальная толщина стенки Металлы: 0,75 мм (0,030″) Пластмассы: 1,5 мм (0,060″)
Максимальный размер сборки Фрезерование: 2000 x 800 x 100 мм (78’’ x 32’’ x 40’’) Токарная обработка: Ø 500 мм (Ø 20’’)
