Прецизионная обработка — это процесс удаления материала с заготовки во время обработки с жесткими допусками.Прецизионный станок имеет множество типов, включая фрезерную, токарную и электроэрозионную обработку.Сегодня прецизионный станок обычно управляется с помощью компьютерного числового управления (ЧПУ).
Почти все металлические изделия, как и многие другие материалы, такие как пластик и дерево, подвергаются точной механической обработке.Этими машинами управляют специализированные и обученные машинисты.Чтобы режущий инструмент выполнял свою работу, его необходимо перемещать в указанных направлениях для выполнения правильного разреза.Это первичное движение называется «скоростью резания».Заготовку также можно перемещать, что называется вторичным движением «подачи».Вместе эти движения и острота режущего инструмента позволяют работать точному станку.
Качественная точная обработка требует способности следовать чрезвычайно конкретным чертежам, созданным с помощью программ CAD (автоматизированное проектирование) или CAM (автоматизированное производство), таких как AutoCAD и TurboCAD.Программное обеспечение может помочь создать сложные трехмерные диаграммы или контуры, необходимые для изготовления инструмента, машины или объекта.Эти чертежи должны соблюдаться очень детально, чтобы гарантировать сохранение целостности продукта.Хотя большинство компаний, занимающихся точной механической обработкой, работают с теми или иными программами CAD/CAM, они по-прежнему часто работают с нарисованными от руки эскизами на начальных этапах проектирования.
Прецизионная механическая обработка используется для обработки ряда материалов, включая сталь, бронзу, графит, стекло и пластик, и это лишь некоторые из них.В зависимости от размера проекта и используемых материалов будут использоваться различные прецизионные обрабатывающие инструменты.Можно использовать любую комбинацию токарных, фрезерных станков, сверлильных станков, пил и шлифовальных станков и даже высокоскоростную робототехнику.В аэрокосмической промышленности можно использовать высокоскоростную обработку, а в деревообрабатывающей промышленности — процессы фотохимического травления и фрезерования.Производство партии или определенного количества какого-либо конкретного товара может исчисляться тысячами или быть всего лишь несколькими.Прецизионная обработка часто требует программирования устройств с ЧПУ, что означает, что они управляются компьютером.Устройство ЧПУ позволяет соблюдать точные размеры на протяжении всего процесса изготовления изделия.
Фрезерование — это процесс обработки с использованием вращающихся фрез для удаления материала с заготовки путем продвижения (или подачи) фрезы в заготовку в определенном направлении.Резак также можно держать под углом относительно оси инструмента.Фрезерование охватывает широкий спектр различных операций и машин, от небольших отдельных деталей до крупных, тяжелых групповых операций фрезерования.Это один из наиболее часто используемых процессов обработки нестандартных деталей с точными допусками.
Фрезерование можно производить с помощью широкого спектра станков.Исходным классом станков для фрезерования был фрезерный станок (часто называемый фрезой).После появления числового программного управления (ЧПУ) фрезерные станки превратились в обрабатывающие центры: фрезерные станки были дополнены автоматическими устройствами смены инструмента, инструментальными магазинами или каруселями, возможностями ЧПУ, системами подачи СОЖ и корпусами.Фрезерные центры обычно классифицируются как вертикальные обрабатывающие центры (VMC) или горизонтальные обрабатывающие центры (HMC).
Интеграция фрезерования в токарную обработку и наоборот началась с использования приводного инструмента для токарных станков и периодического использования фрез для токарных операций.Это привело к появлению нового класса станков — многозадачных станков (МТМ), которые специально созданы для облегчения фрезерования и токарной обработки в одной рабочей зоне.
Для инженеров-конструкторов, научно-исследовательских групп и производителей, которые зависят от поставщиков деталей, прецизионная обработка с ЧПУ позволяет создавать сложные детали без дополнительной обработки.Фактически, прецизионная обработка на станках с ЧПУ часто позволяет изготавливать готовые детали на одном станке.
В процессе механической обработки удаляется материал и используется широкий спектр режущих инструментов для создания окончательной и часто очень сложной конструкции детали.Уровень точности повышается за счет использования числового программного управления (ЧПУ), которое используется для автоматизации управления обрабатывающими инструментами.
Роль «ЧПУ» в точной механической обработке.
Используя закодированные инструкции программирования, прецизионная обработка с ЧПУ позволяет разрезать заготовку и придавать ей необходимую форму без ручного вмешательства оператора станка.
Взяв модель автоматизированного проектирования (САПР), предоставленную клиентом, опытный машинист использует программное обеспечение автоматизированного производства (CAM) для создания инструкций по обработке детали.На основе модели САПР программное обеспечение определяет, какие траектории движения инструмента необходимы, и генерирует программный код, который сообщает машине:
■ Каковы правильные обороты и скорость подачи?
■ Когда и куда перемещать инструмент и/или заготовку
■ Насколько глубоко резать
■ Когда применять охлаждающую жидкость
■ Любые другие факторы, связанные со скоростью, скоростью подачи и координацией.
Затем контроллер ЧПУ использует программный код для управления, автоматизации и мониторинга движений станка.
Сегодня ЧПУ является встроенной функцией широкого спектра оборудования: от токарных, фрезерных и фрезерных станков до электроэрозионной обработки (электроэрозионной обработки), станков лазерной и плазменной резки.Помимо автоматизации процесса обработки и повышения точности, ЧПУ исключает ручные операции и освобождает машинистов от контроля над несколькими станками, работающими одновременно.
Кроме того, после того как траектория инструмента спроектирована и станок запрограммирован, он может обрабатывать деталь любое количество раз.Это обеспечивает высокий уровень точности и повторяемости, что, в свою очередь, делает процесс экономически эффективным и масштабируемым.
Материалы, которые обрабатываются
Некоторые металлы, которые обычно обрабатываются, включают алюминий, латунь, бронзу, медь, сталь, титан и цинк.Кроме того, можно обрабатывать древесину, пенопласт, стекловолокно и пластмассы, такие как полипропилен.
Фактически, практически любой материал может быть использован при прецизионной обработке на станке с ЧПУ — конечно, в зависимости от применения и его требований.
Некоторые преимущества прецизионной обработки с ЧПУ
Для многих мелких деталей и компонентов, которые используются в широком спектре производимой продукции, прецизионная обработка на станках с ЧПУ часто является предпочтительным методом изготовления.
Как и практически во всех методах резки и механической обработки, разные материалы ведут себя по-разному, а размер и форма детали также оказывают большое влияние на процесс.Однако в целом процесс прецизионной обработки с ЧПУ имеет преимущества перед другими методами обработки.
Это связано с тем, что обработка с ЧПУ способна обеспечить:
■ Высокая степень сложности деталей
■ Жесткие допуски, обычно в диапазоне от ±0,0002 дюйма (±0,00508 мм) до ±0,0005 дюйма (±0,0127 мм).
■ Исключительно гладкая поверхность, в том числе с индивидуальной отделкой.
■ Повторяемость даже при больших объемах
Хотя квалифицированный станок может использовать ручной токарный станок для изготовления качественной детали в количестве 10 или 100 штук, что произойдет, если вам понадобится 1000 деталей?10 000 деталей?100 000 или миллион деталей?
Благодаря прецизионной обработке с ЧПУ вы можете получить масштабируемость и скорость, необходимые для такого типа крупносерийного производства.Кроме того, высокая повторяемость прецизионной обработки на станках с ЧПУ позволяет получать одинаковые детали от начала до конца, независимо от того, сколько деталей вы производите.
Существует несколько очень специализированных методов обработки с ЧПУ, включая электроэрозионную обработку (электроэрозионную обработку), аддитивную обработку и 3D-лазерную печать.Например, при электроэрозионной обработке проволоки используются проводящие материалы (обычно металлы) и электрические разряды, которые разрушают заготовку, придавая ей замысловатые формы.
Однако здесь мы сосредоточимся на процессах фрезерования и токарной обработки — двух субтрактивных методах, которые широко доступны и часто используются для точной обработки на станках с ЧПУ.
Фрезерование против токарной обработки
Фрезерование — это процесс обработки, в котором используется вращающийся цилиндрический режущий инструмент для удаления материала и создания форм.Фрезерное оборудование, известное как мельница или обрабатывающий центр, позволяет обрабатывать детали сложной геометрии на некоторых из крупнейших объектов, обрабатываемых металлом.
Важной характеристикой фрезерования является то, что заготовка остается неподвижной, пока режущий инструмент вращается.Другими словами, на фрезерном станке вращающийся режущий инструмент движется вокруг заготовки, которая остается зафиксированной на станине.
Токарная обработка — это процесс резки или придания формы заготовке на оборудовании, называемом токарным станком.Обычно токарный станок вращает заготовку по вертикальной или горизонтальной оси, в то время как фиксированный режущий инструмент (который может вращаться, а может и не вращаться) перемещается вдоль запрограммированной оси.
Инструмент физически не может обойти деталь.Материал вращается, позволяя инструменту выполнять запрограммированные операции.(Однако существует группа токарных станков, в которых инструменты вращаются вокруг проволоки, подаваемой с катушки, но здесь они не рассматриваются.)
При точении, в отличие от фрезерования, заготовка вращается.Деталь вращается на шпинделе токарного станка, и режущий инструмент вступает в контакт с заготовкой.
Ручная обработка против обработки на станке с ЧПУ
Хотя как фрезерные, так и токарные станки доступны в ручных моделях, станки с ЧПУ больше подходят для производства мелких деталей, обеспечивая масштабируемость и повторяемость для применений, требующих крупносерийного производства деталей с жесткими допусками.
Помимо простых 2-осевых станков, в которых инструмент перемещается по осям X и Z, прецизионное оборудование с ЧПУ включает в себя многоосные модели, в которых заготовка также может перемещаться.В этом отличие от токарных станков, где заготовка ограничена вращением, а инструменты перемещаются для создания желаемой геометрии.
Эти многоосные конфигурации позволяют изготавливать детали более сложной геометрии за одну операцию, не требуя дополнительной работы со стороны оператора станка.Это не только упрощает производство сложных деталей, но также снижает или исключает вероятность ошибки оператора.
Кроме того, использование СОЖ под высоким давлением при прецизионной обработке с ЧПУ гарантирует, что стружка не попадет в заготовку, даже при использовании станка с вертикально ориентированным шпинделем.
фрезерные станки с ЧПУ
Различные фрезерные станки различаются по размерам, конфигурации осей, скорости подачи, скорости резания, направлению подачи фрезерования и другим характеристикам.
Однако, как правило, все фрезерные станки с ЧПУ используют вращающийся шпиндель для удаления нежелательного материала.Они используются для резки твердых металлов, таких как сталь и титан, но также могут использоваться с такими материалами, как пластик и алюминий.
Фрезерные станки с ЧПУ созданы для обеспечения повторяемости и могут использоваться для любых задач: от прототипирования до крупносерийного производства.Высокоточные прецизионные фрезерные станки с ЧПУ часто используются для работ с жесткими допусками, таких как фрезерование тонких штампов и пресс-форм.
В то время как фрезерование на станке с ЧПУ может обеспечить быструю обработку, чистовая обработка после фрезерования создает детали с видимыми следами инструмента.Он также может производить детали с острыми краями и заусенцами, поэтому могут потребоваться дополнительные процессы, если кромки и заусенцы неприемлемы для этих элементов.
Конечно, инструменты для снятия заусенцев, запрограммированные в этой последовательности, снимают заусенцы, хотя обычно достигают максимум 90 % от требуемого результата, оставляя некоторые возможности для окончательной ручной обработки.
Что касается обработки поверхности, существуют инструменты, которые обеспечивают не только приемлемую поверхность, но и зеркальную поверхность на участках рабочего продукта.
Виды фрезерных станков с ЧПУ
Два основных типа фрезерных станков известны как вертикальные обрабатывающие центры и горизонтальные обрабатывающие центры, основное различие которых заключается в ориентации шпинделя станка.
Вертикальный обрабатывающий центр — это фрезерный станок, в котором ось шпинделя расположена в направлении оси Z.Эти вертикальные машины можно разделить на два типа:
■Фрезерные станки со станиной, в которых шпиндель движется параллельно своей оси, а стол движется перпендикулярно оси шпинделя.
■Револьверные фрезерные станки, в которых шпиндель неподвижен, а стол перемещается так, что он всегда перпендикулярен и параллелен оси шпинделя во время операции резания.
В горизонтальном обрабатывающем центре ось шпинделя фрезерного станка ориентирована в направлении оси Y.Горизонтальная структура означает, что эти станы обычно занимают больше места в механическом цехе;они также обычно тяжелее по весу и мощнее, чем вертикальные машины.
Горизонтальную фрезу часто используют, когда требуется более качественная обработка поверхности;это потому, что ориентация шпинделя означает, что режущая стружка естественным образом отпадает и легко удаляется.(Дополнительным преимуществом является эффективное удаление стружки, которое помогает увеличить срок службы инструмента.)
В целом вертикальные обрабатывающие центры более распространены, поскольку они могут быть такими же мощными, как и горизонтальные обрабатывающие центры, и могут обрабатывать очень мелкие детали.Кроме того, вертикальные центры занимают меньшую площадь, чем горизонтальные обрабатывающие центры.
Многокоординатные фрезерные станки с ЧПУ
Прецизионные фрезерные центры с ЧПУ доступны с несколькими осями.Трехосный фрезерный станок использует оси X, Y и Z для выполнения самых разных работ.Благодаря 4-осному фрезерному станку станок может вращаться по вертикальной и горизонтальной оси и перемещать заготовку, обеспечивая более непрерывную обработку.
5-осевой фрезерный станок имеет три традиционные оси и две дополнительные оси вращения, что позволяет вращать заготовку при движении шпиндельной головки вокруг нее.Это позволяет обрабатывать пять сторон заготовки, не снимая заготовку и не перезагружая станок.
токарные станки с ЧПУ
Токарный станок, также называемый токарным центром, имеет один или несколько шпинделей и оси X и Z.Станок используется для вращения заготовки вокруг своей оси для выполнения различных операций резки и формовки, нанесения на заготовку широкого спектра инструментов.
Токарные станки с ЧПУ, которые также называют токарные станками с приводным механизмом, идеально подходят для создания симметричных цилиндрических или сферических деталей.Как и фрезерные станки с ЧПУ, токарные станки с ЧПУ могут выполнять более мелкие операции, такие как прототипирование, но также могут быть настроены на высокую повторяемость, поддерживая крупносерийное производство.
Токарные станки с ЧПУ также можно настроить для производства без помощи рук, что делает их широко используемыми в автомобильной, электронной, аэрокосмической, робототехнической и медицинской промышленности.
Как работает токарный станок с ЧПУ
На токарном станке с ЧПУ заготовка заготовки загружается в патрон шпинделя токарного станка.Этот патрон удерживает заготовку на месте во время вращения шпинделя.Когда шпиндель достигает необходимой скорости, неподвижный режущий инструмент приводится в контакт с заготовкой для удаления материала и достижения правильной геометрии.
Токарный станок с ЧПУ может выполнять ряд операций, таких как сверление, нарезание резьбы, расточка, развертывание, торцовка и точение конуса.Различные операции требуют смены инструмента и могут увеличить стоимость и время настройки.
Когда все необходимые операции механической обработки завершены, деталь вырезается из заготовки для дальнейшей обработки, если это необходимо.Тогда токарный станок с ЧПУ готов повторить операцию, при этом обычно между ними требуется небольшое дополнительное время на настройку или вообще оно не требуется.
На токарных станках с ЧПУ также могут быть установлены различные автоматические устройства подачи прутка, которые сокращают объем ручной обработки сырья и дают следующие преимущества:
■ Сокращение времени и усилий, требуемых оператором станка
■ Поддерживайте пруток, чтобы уменьшить вибрацию, которая может отрицательно повлиять на точность.
■ Обеспечьте станку возможность работать на оптимальной скорости шпинделя.
■ Минимизировать время переналадки
■ Сокращение отходов материала
Виды токарных станков с ЧПУ
Существует множество различных типов токарных станков, но наиболее распространенными являются 2-осевые токарные станки с ЧПУ и автоматические токарные станки китайского типа.
Большинство токарных станков с ЧПУ в Китае используют один или два главных шпинделя плюс один или два задних (или вспомогательных) шпинделя, причем за первый отвечает роторный перенос.Главный шпиндель выполняет основную операцию обработки с помощью направляющей втулки.
Кроме того, некоторые токарные станки китайского типа оснащены второй инструментальной головкой, которая работает как фрезерный станок с ЧПУ.
На китайском токарном станке с ЧПУ заготовка подается через шпиндель с подвижной головкой в направляющую втулку.Это позволяет инструменту резать материал ближе к точке, где материал поддерживается, что делает китайский станок особенно выгодным для длинных, тонких точеных деталей и для микрообработки.
Многоосные токарные центры с ЧПУ и токарные станки китайского типа могут выполнять несколько операций обработки на одном станке.Это делает их экономически эффективным вариантом для изделий сложной геометрии, которые в противном случае потребовали бы смены нескольких станков или инструментов с использованием такого оборудования, как традиционный фрезерный станок с ЧПУ.