Что такое фрезерование с ЧПУ?

Что нужно знать о фрезеровании с ЧПУ?

Фрезерование с числовым программным управлением (ЧПУ) — это метод резки материалов, в котором используется автоматизированное управление станком для производства деталей очень точной формы с высокой производительностью.

Процесс фрезерования с ЧПУ начинается с создания модели CAD (системы автоматизированного проектирования).

Эта модель преобразуется в инструкции, которым станок с ЧПУ может следовать с помощью программного обеспечения CAM (автоматизированная обработка). Затем станок с ЧПУ выполняет программу ЧПУ для завершения детали.

Однако процесс фрезерования с ЧПУ намного сложнее, чем следует из этого краткого описания, начиная с технических аспектов, связанных с программным обеспечением CAD и CAM, и заканчивая инструментами, фрезами и оборудованием, используемым для работы с ЧПУ, и параметрами резки станка.

Фрезерование с ЧПУ используется в нескольких отраслях, в том числе в автомобильной, аэрокосмической, сельскохозяйственной, строительной, медицинской и стоматологии. В этой части будет обсуждаться процесс фрезерования с ЧПУ, включая его историю, принцип работы, этапы, методы и используемое оборудование.

Что такое фрезерование с ЧПУ?

Фрезерование с ЧПУ — это процесс обработки, известный как фрезерование, выполняемое под управлением компьютера.

Фрезерование — это резка таких материалов, как дерево, металл или пластик, с помощью вращающегося инструмента.

Элементы управления в фрезерном станке с ЧПУ диктуют все: от последовательности используемых инструментов и траектории движения каждой фрезы до скорости вращения шпинделя и скорости подачи.

Существует несколько различных типов фрезерных станков с ЧПУ, которые позволяют выполнять процесс резки разного уровня сложности. Простейшие машины имеют три оси движения.

Более сложные фрезерные станки могут иметь пять и более осей управления движением. Эти машины используются для изготовления более сложных деталей.

Доступен широкий спектр инструментов для различных вариантов процесса фрезерования: от стандартных концевых фрез и сверл до специальных инструментов для торцевого и профильного фрезерования.

С таким количеством различных типов фрезерных станков и фрез с ЧПУ практически любая форма или дизайн могут быть изготовлены на фрезерном станке с ЧПУ.

Кто изобрел фрезерный станок с ЧПУ?

Первый коммерчески доступный фрезерный станок с ЧПУ был разработан в 1952 году Ричардом Кеггом в сотрудничестве с Дж. Ф. Рейнтьесом и его командой из Массачусетского технологического института.

С тех пор были разработаны многочисленные достижения в области фрезерования с ЧПУ, включая производство более сложных фрезерных станков с ЧПУ и средств автоматизации.

Как работает фрезерование с ЧПУ?

Фрезерование с ЧПУ работает с использованием набора вращающихся режущих инструментов для создания деталей из блоков материала за один цикл. Материал удаляется с заготовки, когда режущая кромка инструмента касается заготовки при ее вращении.

Во время фрезерования заготовка удерживается неподвижно, пока вращающийся резец удаляет материал. Точные траектории движения инструмента, глубина резания, перемещение по осям XYZ и по осям, а также число оборотов шпинделя задаются программой управления ЧПУ.

Каковы этапы процесса фрезерования с ЧПУ?

Чтобы перейти от CAD-модели к физической части, необходимо выполнить несколько задач. Этапы процесса фрезерования с ЧПУ описаны ниже.

Создание CAD-модели

Первым шагом процесса фрезерования с ЧПУ является создание 3D-модели CAD для изготавливаемой детали. Эта модель САПР будет включать информацию, касающуюся размера, геометрии и формы детали.

Для дизайнеров важно разрабатывать модели САПР, которые действительно можно резать на фрезерных станках с ЧПУ. Детали должны быть спроектированы без (или с минимальными) подрезами.

Размер выточки, которую можно обработать, зависит от возможностей конкретного станка с ЧПУ. Поднутрения — это углубления или углубления в детали, которые невозможно вырезать стандартными инструментами.

Хотя поднутрения могут быть вырезаны на станках с ЧПУ, для них обычно требуются специальные инструменты, многоосевые фрезерные станки или и то, и другое, что приводит к более высоким затратам на инструменты и производство.

Преобразование САПР в ЧПУ

После того, как для конкретной детали была разработана подходящая 3D-модель CAD, необходимо создать программу ЧПУ для управления ее изготовлением на фрезерном станке с ЧПУ.

Используя программное обеспечение CAM, дизайнер может создавать программные инструкции для станка с ЧПУ, чтобы управлять движением инструментов и фрез во время производства.

Эти программы часто пишутся в G-коде или M-коде. Части программы, написанные в G-коде, сосредоточены на рабочих параметрах инструментов, таких как скорость шпинделя, направление движения и глубина резания.

Инструкции М-кода сосредоточены на различных задачах, таких как смена инструмента, включение и выключение станка и другие вспомогательные функции.

Программное обеспечение CAM часто включает в себя симулятор, который позволяет пользователям проверять, могут ли их программы ЧПУ успешно изготовить желаемую деталь.

Установка фрезерного станка с ЧПУ

После того, как модель CAD и программа ЧПУ готовы, фрезерный станок с ЧПУ готов к изготовлению спроектированной детали.

Оператор станка импортирует программу ЧПУ во фрезерный станок и вставляет предварительно подготовленную заготовку с соответствующими размерами предварительной обработки в зажимное устройство станка.

Специальные инструменты, шпиндели, тиски и приспособления также устанавливаются на станке.

Выполнение программы

После разработки модели САПР, создания программы ЧПУ и подготовки фрезерного станка с ЧПУ можно выполнить программу обработки.

Когда программа ЧПУ работает, вмешательство человека требуется редко. Фрезерный станок с ЧПУ будет следовать программе строка за строкой, выполняя все указанные операции обработки на заготовке.

После выполнения полной программы деталь может переходить к любым последующим запланированным производственным этапам.

Различные методы фрезерования с ЧПУ

Существует несколько различных форм фрезерования, которые можно использовать для изготовления деталей.

Плоское фрезерование, или резка плоских поверхностей, параллельных оси вращения режущего инструмента, было первым разработанным типом фрезерования.

Внедрение обработки с ЧПУ привело к появлению нескольких других типов фрезерования, в том числе:

1. Торцевое фрезерование: резка материала для создания поверхности, перпендикулярной оси вращения фрезы.
2. Угловое фрезерование: удаление материала с плоской поверхности заготовки под углом.
3. Фасонное фрезерование: резка материала для создания неровных поверхностей, таких как кривые.
4. Групповое фрезерование: удаление материала двумя или более фрезами для увеличения производительности.

Какое оборудование используется в процессе фрезерования с ЧПУ?

Для успешного фрезерования с ЧПУ необходимо использовать несколько единиц оборудования в тандеме. Оборудование, которое обычно требуется для фрезерной обработки с ЧПУ, указано ниже:

1. Рабочий стол: рабочий стол используется для удержания заготовки на месте во время обработки.
2. Седло: Седло находится под рабочим столом. Он помогает обеспечить дополнительную поддержку и направляет движение рабочего стола параллельно оси вращения инструмента.
3. Колено: колено расположено под седлом и помогает поддерживать как седло, так и рабочий стол. Его положение можно регулировать по вертикали для размещения деталей различной толщины.
4. Шпиндель: шпиндель используется для удержания режущего инструмента и направляет поступательное и вращательное движение инструмента.
5. Оправка: оправка представляет собой вал, который собирается через шпиндель. Инструменты крепятся к оправке.
6. Поршень: Поршень является дополнительным оборудованием и обычно используется в вертикально-фрезерных или угловых фрезерных станках. Он используется для поддержки шпинделя.
7. Станки: Режущие инструменты, такие как концевые фрезы и другие инструменты, необходимы для фрезерования с ЧПУ.
8. Интерфейс: Интерфейс — это точка, в которой оператор может общаться с компьютером, управляющим станком с ЧПУ. Как минимум, это будет состоять из клавиатуры и экрана дисплея.

Каковы применения фрезерных станков с ЧПУ?

Фрезерование с ЧПУ используется в различных отраслях промышленности для изготовления деталей, в том числе в автомобильной, аэрокосмической, сельскохозяйственной, строительной, электронной и потребительской промышленности.

Например, в аэрокосмической промышленности фрезерование с ЧПУ используется для изготовления компонентов авиационных двигателей, панелей топливных баков и компонентов шасси.

В медицинской промышленности фрезерование с ЧПУ часто используется для производства медицинских устройств, таких как скальпели и имплантаты.

Фрезерование с ЧПУ можно использовать для создания деталей из широкого спектра материалов, включая металлы, пластмассы и эластомеры, керамику и композиты.

Из-за этого фрезерование с ЧПУ является очень универсальным производственным процессом, который можно использовать для изготовления практически любой детали — с ограничениями.

Каковы преимущества фрезерной обработки с ЧПУ?

Фрезерование с ЧПУ имеет ряд преимуществ. Во-первых, обработка с ЧПУ обеспечивает беспрецедентную степень точности обрабатываемых деталей. Это позволяет легко и эффективно изготавливать детали с жесткими допусками.

Поскольку операции с ЧПУ контролируются компьютером, вмешательство человека практически не требуется. Это приводит не только к непревзойденно высокой производительности, но и к стабильному качеству и снижению трудозатрат.

Каковы недостатки фрезерной обработки с ЧПУ?

Возможно, самым большим ограничением фрезерной обработки с ЧПУ является ее стоимость. Даже самые простые станки с ЧПУ, способные к массовому производству, недешевы, и станки становятся все дороже по мере того, как они становятся более совершенными.

Еще одним ограничением фрезерной обработки с ЧПУ является размер и геометрия детали. Размер детали ограничен размером станка с ЧПУ. Геометрия ограничена способностью инструмента физически выполнять желаемый разрез.

Например, поднутрения или элементы, утопленные под внешней поверхностью детали, нельзя вырезать, кроме как с помощью специальных инструментов или дорогих многоосевых станков.

Фрезерование с ЧПУ также не застраховано от человеческих ошибок. Операторы могут запускать неверные программы или неправильно настраивать инструменты, что приводит к браку деталей.

Сколько стоят станки с ЧПУ?

Стоимость фрезерных станков с ЧПУ варьируется в зависимости от размера станка. Небольшие горизонтальные или вертикальные фрезерные станки могут стоить всего 10 000 долларов.

По мере того, как станок становится более сложным, например, с 5-осевым обрабатывающим оборудованием, затраты могут достигать 300 000 долларов и выше.

В этой статье было представлено фрезерование с ЧПУ, объяснено, что это такое, а также рассмотрены принципы его работы и различные методы.