Фрезерная обработка с ЧПУ: что это такое и как она осуществляется

Фрезерование с числовым программным управлением (ЧПУ) — это процесс обработки, в котором автоматика и фрезерные инструменты работают вместе, удаляя материал с заготовки и производя высококачественную готовую деталь или изделие. Этот процесс называется субтрактивным, в отличие от аддитивных операций 3D-печати, которые стали популярными в последнее десятилетие.

Фрезерные операции с ЧПУ подходят для различных материалов, включая металл, дерево и пластик, хотя они наиболее популярны в металлообрабатывающей промышленности. Это такой же процесс обработки, как точение и сверление, но для получения обработанных деталей материал удаляется с заготовки с помощью специальных фрезерных инструментов.

Хотя в этой статье основное внимание будет уделено процессу фрезерования с ЧПУ, мы коснемся операций обработки, чтобы сравнить другие производственные процессы с фрезерованием. Сначала давайте рассмотрим основы фрезерования, а затем сравним его со вторым по популярности станком — токарным.

Что такое фрезерование?

Фрезерование — это процесс, в котором вращающаяся фреза удаляет материал для получения нужной формы. Как и в других процессах обработки, в распоряжении механика есть множество типов режущих инструментов для превращения сырого материала в готовую деталь. Концевые и торцевые фрезы — два наиболее распространенных режущих инструмента в механической мастерской.

С помощью этих двух инструментов можно изготовить как простые отверстия и пазы, так и самые сложные детали любой формы, какую только можно себе представить. Плоские поверхности с отличной чистотой обработки — обычная операция для правильного инструмента. Работаете ли вы на фрезерном станке с ЧПУ или на традиционном ручном станке, выбор правильного режущего инструмента является ключом к успеху.

Фрезерные станки с ЧПУ — это традиционные фрезерные станки на стероидах. Фрезы работают на более высоких оборотах, скорость подачи увеличена. Большая глубина реза является нормой, и, как вы уже, наверное, догадались, скорость производства возрастает экспоненциально. Скорость и универсальность обрабатывающих центров с ЧПУ невероятны, а высокая точность и жесткие допуски этих станков оставляют многих опытных механиков в недоумении.

Несмотря на то, что он является популярным инструментом, существуют и другие типы ЧПУ, способствующие успеху производителей. Некоторые из них включают автоматизированные версии шлифовальных, лазерных, плазменных, электроэрозионных станков (EDM) и маршрутизаторов. Но станок, который часто стоит рядом с фрезерным станком в механическом цехе, — это токарный станок, и вот как они сравниваются:

В чем разница между фрезерной и токарной обработкой с ЧПУ?

Короткий ответ заключается в том, что при фрезеровании режущий инструмент вращается относительно неподвижной заготовки, закрепленной на подвижном рабочем столе. При фрезеровании обычно используется квадратный или прямоугольный пруток для производства готовых деталей. С другой стороны, токарный станок вращает заготовку относительно одноточечного токарного инструмента, и круглые прутки являются его типичным сырьем.

Оба процесса обработки являются субтрактивными и производят металлическую стружку, но они используют различные материалы, методы и инструменты для изготовления деталей и компонентов. Как и многие другие процессы обработки, фрезерование и точение подходят для стали, чугуна, алюминия, стали, латуни и меди. Поскольку эти методы обработки могут выделять тепло, для них часто требуется смазочно-охлаждающая жидкость.

Как происходит процесс обработки с ЧПУ

Обработка с ЧПУ — это производственный процесс, в котором используются компьютеризированные системы управления для манипулирования фрезерным станком с ЧПУ и фрезерными инструментами для превращения сырья в детали и компоненты по индивидуальному заказу. Хотя процесс обработки предоставляет различные возможности, фундаментальные принципы этого процесса остаются неизменными на всех его этапах. Вот этапы этого процесса:

• Разработка модели автоматизированного проектирования (CAD),
• Преобразование файла CAD в программу для станка с ЧПУ,
• Подготовка станка,
• Выполнение операции обработки.

Каковы оси движения классического фрезерного станка с ЧПУ?

Машинисты называют «оси движения» при описании движения фрезерного станка с ЧПУ относительно оператора, стоящего перед станком, на основе системы измерения координат X, Y и Z. Ось X представляет собой движение слева направо, ось Y — спереди назад, а ось Z — движение шпинделя вверх и вниз.

5-осевая обработка означает, что заготовка может быть обработана с пяти сторон на одной установке. Помимо движений по осям X, Y и Z, 5-осевое фрезерование может осуществляться по двум из трех осей вращения. Оси A, B и C выполняют поворот на 180° вокруг осей X, Y и Z. Этот тип многоосевой обработки предпочтителен для сложных деталей в аэрокосмической, автомобильной и многих других отраслях промышленности.

5-осевая обработка требует больше времени на программирование ЧПУ, но она позволяет обрабатывать одну заготовку с пяти сторон в течение одной операции, что избавляет от дополнительной настройки вторичных операций. 5-осевая обработка повышает производительность, обеспечивает точность и позволяет создавать сложные формы и замысловатые детали.

Основные типы фрезерных станков с ЧПУ

Как вы видите, компьютеры управляют фрезерным станком с ЧПУ, но существуют различия между фрезерными станками, которые выходят за рамки классификации осей. Вот основные типы:

• Вертикальный фрезерный станок: 3-осевые вертикальные фрезерные станки имеют рабочий стол, шпиндель и вертикальную стойку. В некоторых моделях стол перемещается вверх и вниз по оси z навстречу неподвижному рычагу. В вертикальном револьверном станке шпиндель неподвижен, а стол перемещается по осям x и y. На вертикальном продольно-фрезерном станке стол может двигаться только вдоль оси x, а шпиндель может перемещаться по длине рычага в направлении оси y.
• Горизонтальный фрезерный станок: Горизонтально-фрезерный станок с ЧПУ похож на вертикально-фрезерный, за исключением того, что шпиндель ориентирован горизонтально. Хотя горизонтальный фрезер не так универсален, как вертикальный, он лучше подходит для более длинных или тяжелых работ. Универсальный горизонтальный фрезерный станок также имеет дополнительное преимущество — возможность поворота стола вокруг оси z, что делает его 4-осевым фрезерным станком.
• Коленная фреза: Часто называемый вертикальным коленным фрезером, стол перемещается вверх и вниз вдоль колонны в соответствии с регулируемым коленом, а другая ось Z может исходить от шпинделя, который также перемещается вверх и вниз.

В каких областях промышленности применяется фрезерование?

Несколько десятилетий назад фрезерование было ручной работой, и люди-операторы брались за тот вид работ, с которым могли справиться, допуская при этом случайные ошибки. Сегодня они выполняют большинство операций фрезерования с помощью опытного программиста и оператора начального уровня, который в основном меняет детали. И есть отличные причины, по которым ситуация изменилась.

Фрезерная обработка с ЧПУ обеспечивает высокую точность деталей и высокую скорость производства. Именно поэтому многие производители используют данный тип оборудования для изготовления своей продукции. Компании многих отраслей промышленности выбирают ЧПУ, поскольку фрезерные и токарные станки могут массово производить их продукцию с точностью, скоростью и повторяемостью.

Хотя машиностроительные предприятия используют фрезерные и токарные станки для производства деталей для промышленного применения, определенные отрасли промышленности полагаются исключительно на услуги фрезерных станков для обработки своих компонентов. Вот некоторые из них:

• Аэрокосмическая промышленность: Аэрокосмическая промышленность требует изготовления деталей из труднообрабатываемых материалов, таких как инконель, никель-хромовый сплав, который выдерживает высокие температуры. Она играет важную роль в производстве этих аэрокосмических компонентов, позволяя стандартизировать этот процесс.
• Электроника: Электронное оборудование требует точной конфигурации для быстрой и сложной работы, и фрезерование с ЧПУ обеспечивает точность гравировки, углублений и отверстий — некоторых особенностей электронных деталей.
• Автомобильная промышленность: Линии сборки автомобилей полагаются на автоматизацию для повышения производительности, и фрезерные станки с ЧПУ стали одним из самых производительных инструментов для автопроизводителей.
• Сельское хозяйство: Данный тип обработки имеет возможности крупномасштабного и краткосрочного производства, поэтому уникальные компоненты и детали общего назначения идеально подходят для этих станков.
• Медицина: производство медицинского оборудования и инструментов, таких как протезы, выигрывает от процесса фрезерования с ЧПУ, как и другие медицинские компоненты, требующие детального и уникального дизайна.
• Военное дело: Оборонная промышленность использует их для создания прототипов и серийного производства деталей. Многие из этих обработанных деталей переходят в другие отрасли, что позволяет использовать достижения, изначально разработанные для военных, в аэрокосмической, электронной, медицинской и других отраслях промышленности.
• Энергетика: Атомные электростанции — один из примеров энергетической промышленности, где требуются точные детали. Поставщики гидроэлектростанций, солнечной и ветровой энергии используют данный тип обработки для производства компонентов, обеспечивающих непрерывную выработку электроэнергии. А в нефтегазовой промышленности часто требуется обработка на фрезерном станке с ЧПУ коррозионно-стойких металлов, таких как алюминий 5052.

Она быстра и удобна, что делает ее идеальной для производства сменных деталей. Все, что требуется, — это настройка станка, поскольку у вас уже должна быть программа, полученная в процессе производства.

Независимо от того, в какой отрасли вы работаете, тот или иной вид фрезерования с ЧПУ будет соответствовать вашим потребностям, обеспечивая быстрое время выполнения заказа и одинаково надежное качество каждой детали.

Основные преимущества фрезерных станков с ЧПУ

Хотя существует множество причин, по которым фрезерные станки считаются самыми надежными станками для производства деталей из различных материалов, ниже перечислены некоторые из наиболее значимых:

• Скорость: Они имеют высокую скорость производства, поскольку ограничения, накладываемые человеком, сняты, и фрезерный инструмент может свободно двигаться с максимальной скоростью.
• Точность: В дополнение к скорости, они работают неравномерно точно и аккуратно. Поскольку человеческий фактор исключен из производственного процесса, фрезерные станки с ЧПУ могут работать в таких отраслях, как аэрокосмическая и медицинская, где каждая деталь должна быть соблюдена без малейшей ошибки.
• Работа без присмотра: Они могут работать на автопилоте, практически не требуя вмешательства человека. Они могут работать ночью и в выходные дни без перерывов и производить детали с неизменным качеством и допуском на каждой детали.
• Меньше рабочих: Автоматизированный процесс, который представляет собой фрезерная обработка с ЧПУ, означает, что для контроля и управления им требуется меньше людей. При сегодняшней нехватке работников, необходимость в нескольких квалифицированных рабочих облегчает поиск персонала, снижая при этом производственные затраты и экономя деньги ваших клиентов.
• Последовательность: Автоматизированный процесс фрезерования с ЧПУ обеспечивает непревзойденную последовательность, даже если меняется работник, управляющий инструментами. После создания мастер-файла дизайна, любой может использовать его и получить то же качество, что и предыдущая версия. Даже самый высококвалифицированный ручной машинист не сможет добиться такой повторяемости.
• Масштабируемость: Фрезерная обработка с ЧПУ растет по мере роста вашего бизнеса, и вы можете рассчитывать на нее при обработке деталей любых форм и размеров.

Заключение

Компьютерное числовое управление (ЧПУ) принесло пользу обрабатывающей промышленности, обеспечив ее технологией для высокой скорости производства, большей точности, качественной отделки и возможности работы с различными материалами. Количество осей, доступных на станках с ЧПУ, гарантирует, что очень немногие задачи окажутся не под силу конструкторам и программистам.

Благодаря улучшенному контролю качества продукции, стандартизации, повторяемости и точности, обработка на станках с использованием технологии CAD может автоматизировать фрезерование, резку и придание формы многим деталям, компонентам и изделиям.