Что такое обработка с ЧПУ?

Обработка с ЧПУ сегодня является наиболее распространенной субтрактивной производственной технологией и чрезвычайно гибким и надежным способом изготовления нестандартных металлических и пластиковых деталей. Используя модели САПР, станки с ЧПУ точно удаляют материал из сплошного блока с помощью различных режущих инструментов.

В целом, обработка с ЧПУ позволяет производить детали с жесткими допусками и впечатляющими свойствами материала. Он подходит для единичных работ и мелкосерийного производства (до 1000 деталей) благодаря высокой воспроизводимости. Однако у него больше ограничений по дизайну, чем у 3D-печати. , отчасти благодаря субтрактивному характеру технологии.

В этом вводном руководстве мы даем вам обзор основных принципов технологии и того, как они соотносятся с основными преимуществами и ограничениями. Мы также объясним ключевые различия между двумя основными настройками станков с ЧПУ:фрезерным и токарным.

Обработка с ЧПУ:руководство по производству и проектированию

Важный бонус:загрузите наше бесплатное руководство по обработке с ЧПУ и узнайте все, что вам нужно знать об этой субтрактивной технологии, всего на 40 страницах.

Как работает обработка с ЧПУ? Поговорим о фрезеровании и точении

Двумя основными типами систем обработки с ЧПУ (числовым программным управлением) являются фрезерование. и поворот . Благодаря характеристикам каждого типа станков фрезерование и токарная обработка идеально подходят для изготовления деталей различной геометрии.

Давайте разберем, как изготавливаются детали с использованием этих двух разных станков.

Как работает фрезерование с ЧПУ?

Фрезерование с ЧПУ является наиболее популярной архитектурой станков с ЧПУ. Фактически, термин фрезерование с ЧПУ часто является синонимом обработки с ЧПУ. Фрезерные станки с ЧПУ используют вращающиеся режущие инструменты для удаления материала с детали, установленной на станине станка.

Большинство фрезерных систем с ЧПУ имеют 3 линейные степени свободы:оси X, Y и Z. Более продвинутые системы имеют 5 степеней свободы обработки за счет вращения станины и/или головки инструмента (оси A и B). 5-осевые станки могут производить детали с высокой геометрической сложностью и могут устранить необходимость в нескольких технологических операциях.

Вот обзор того, как фрезерный станок с ЧПУ превращает модель CAD в пользовательскую деталь.

• Оператор преобразует модель CAD в серию команд, которые должны быть интерпретированы станком с ЧПУ (G-код).

• Блок материала, который называется заготовкой или заготовкой, вырезается по размеру и помещается на платформу сборки с помощью тисков или непосредственно на станину.

• Для изготовления точных деталей важно точно расположить и выровнять заготовку. Вы можете использовать специальные метрологические инструменты (контактные щупы), чтобы помочь с позиционированием и выравниванием.

• Специализированные режущие инструменты, вращающиеся с очень высокой скоростью (тысячи об/мин), снимают материал с блока. Во-первых, машина снимает материал быстро с меньшей точностью для достижения приблизительной геометрии. Затем требуется несколько проходов с более высокой точностью для изготовления окончательной детали.

• Если модель имеет элементы, которые не могут быть достигнуты режущим инструментом за один установ, то оператору необходимо перевернуть заготовку и повторить эти шаги.

После обработки необходимо снять заусенцы с фрезерованной детали. Удаление заусенцев — это ручной процесс удаления мелких дефектов с готовой детали. Эти дефекты, обычно встречающиеся на острых кромках, возникают из-за деформации материала во время механической обработки. Например, когда сверло выходит из дальней стороны сквозного отверстия, остаются дефекты, которые необходимо удалить.

Затем вы хотите проверить критические размеры детали, если допуски были указаны в техническом чертеже. После выполнения этого шага ваша деталь готова к использованию или к постобработке. . Когда дело доходит до постобработки деталей, обработанных на станках с ЧПУ (как фрезерованных, так и токарных), вам предстоит многое изучить, поэтому мы рекомендуем освежить и/или повысить уровень своих знаний.

Как работает токарная обработка с ЧПУ?

Токарные станки с ЧПУ используют стационарные режущие инструменты для удаления материала с детали, которая закреплена на вращающемся патроне. Это идеальный способ изготовления деталей с симметрией относительно их центральной оси. Токарные детали обычно изготавливаются быстрее и дешевле, чем фрезерованные.

Как правило, токарные станки с ЧПУ, также известные как токарные станки, используются для создания цилиндрических деталей. Современные многоосевые токарные станки с ЧПУ, оснащенные фрезерными станками с ЧПУ, могут изготавливать нецилиндрические детали. Эти системы сочетают в себе высокую производительность токарной обработки с ЧПУ с возможностями фрезерной обработки с ЧПУ и могут изготавливать очень широкий диапазон геометрий с осевой симметрией, например распределительные валы и радиальные рабочие колеса компрессоров.

Вот обзор того, как токарные станки с ЧПУ изготавливают детали.

• Оператор генерирует G-код из модели САПР и загружает в станок цилиндр с исходным материалом (заготовка).

• Деталь начинает вращаться с высокой скоростью, и стационарный режущий инструмент проходит по профилю, постепенно удаляя материал, пока не будет достигнута заданная геометрия.

• Для вырезания отверстий вдоль центральной оси заготовки можно использовать внутренние режущие инструменты и центрирующие сверла.

• Если вам нужно перевернуть или переместить деталь, вам придется повторить этот процесс. В противном случае, как только вы закончите резать материал, деталь должна быть готова к использованию или дальнейшей пост-обработке.

Поскольку грань между фрезерными и токарными системами с ЧПУ часто размыта, в остальной части этого руководства основное внимание будет уделено фрезерованию с ЧПУ, поскольку это наиболее распространенный производственный процесс.

Краткое руководство по параметрам обработки с ЧПУ

Большинство параметров обработки определяются оператором станка при генерации G-кода. Основные параметры, которые мы хотели бы охватить, — это размер сборки и точность станков с ЧПУ.

Станки с ЧПУ имеют относительно большую площадь сборки, особенно по сравнению с 3D-принтерами. Фрезерные системы с ЧПУ могут обрабатывать детали размером до 2000 x 800 x 100 мм (78 дюймов x 32 дюйма x 40 дюймов), а токарные системы с ЧПУ могут обрабатывать детали диаметром до 500 мм (Ø 20 футов). ').

Вы можете производить детали с высокой точностью и жесткими допусками с помощью станков с ЧПУ. Станки с ЧПУ могут даже достигать допусков менее половины диаметра среднего человеческого волоса (± 0,025 мм или 0,001 дюйма). Если в техническом чертеже не указан допуск, то оператор обычно обрабатывает деталь с точностью 0,125 мм (0,005 дюйма).

Каковы наиболее распространенные режущие инструменты для обработки с ЧПУ?

Для создания широкого спектра геометрий на станках с ЧПУ используется множество различных режущих инструментов. Вот некоторые из наиболее часто используемых обрабатывающих инструментов для фрезерования.  

плоская голова , голова быка и шаровая головка инструменты используются для обработки пазов, пазов, полостей и других вертикальных стенок. Поскольку каждый из них имеет разные геометрические возможности, они могут обрабатывать множество различных типов элементов. Инструменты с шаровой головкой также широко используются в 5-осевой обработке с ЧПУ для изготовления поверхностей с кривизной и геометрией произвольной формы.

Упражнения являются, конечно, наиболее часто используемым инструментом для быстрого и эффективного создания отверстий. Вы можете найти все стандартные размеры сверл здесь . Для создания отверстий нестандартного диаметра можно использовать врезную плоскую головку. инструмент (по винтовой траектории).

Диаметр вала пазовых фрез меньше, чем диаметр их режущей кромки, что позволяет этим фрезерным инструментам вырезать Т-образные пазы и другие поднутрения, удаляя материал со сторон вертикальной стенки.

Нажатие потоков используются для изготовления резьбовых отверстий. Для создания резьбы требуется точный контроль скорости вращения и линейной скорости метчика. Механические мастерские обычно по-прежнему полагаются на ручную нарезку резьбы.

Торцевые фрезы используются для удаления материалов с больших плоских поверхностей. Они имеют больший диаметр, чем концевые фрезы, поэтому им требуется меньше проходов для обработки значительных площадей. Это сокращает общее время обработки для изготовления деталей с плоскими поверхностями. Операторы часто выполняют этап торцевого фрезерования во время цикла обработки, чтобы подготовить размеры блока

Вы найдете не менее широкий ассортимент режущих инструментов, используемых в токарной обработке с ЧПУ, которые охватывают все ваши потребности в обработке, такие как торцевая обработка, нарезание резьбы и нарезание канавок.

ЧПУ-обработка деталей сложной геометрической формы:каковы конструктивные ограничения?

В то время как обработка с ЧПУ предлагает впечатляющую свободу дизайна , токарные и фрезерные станки не могут изготовить любую геометрию. В отличие от 3D-печати, чем сложнее конструкция, тем дороже она будет стоить. Это связано с дополнительными шагами, необходимыми для более сложных деталей.

Основные ограничения, связанные с обработкой с ЧПУ, связаны с геометрией каждого отдельного режущего инструмента. Геометрия инструмента определяет радиус детали, а большинство режущих инструментов с ЧПУ имеют цилиндрическую форму и ограниченную длину резания. Эти факторы делают острые внутренние углы особенно сложными.

Доступ к инструментам является еще одним серьезным ограничением при обработке с ЧПУ. Например, 3-осевые системы могут достигать определенного уровня сложности детали. Если вы проектируете 3-осевой станок, доступ ко всем функциям детали будет возможен только непосредственно сверху. 5-осевые системы обеспечивают превосходную гибкость, поскольку угол между деталью и инструментом можно регулировать, чтобы получить доступ к труднодоступным участкам заготовки.

Кроме того, детали с тонкими стенками или другими тонкими элементами особенно сложны для обработки на станках с ЧПУ. Тонкие стенки подвержены вибрациям и могут сломаться при точении или фрезеровании. Мы рекомендуем проектировать металлические детали с минимальной толщиной стенки 0,8 мм и пластиковые детали с толщиной стенки 1,5 мм.

Понимание того, насколько сложной может быть конструкция вашей детали для различных типов машин, а также какие ограничения следует учитывать, имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы ваши детали были такими, как они были спроектированы, и соответствовали стандартам качества, которые вы ищете. Дополнительные рекомендации о том, как дизайн может сэкономить вам много времени и денег при обработке на станках с ЧПУ, можно найти в этой статье. .

Каковы характеристики обработки с ЧПУ?

Ключевым преимуществом обработки на станках с ЧПУ является ее способность постоянно изготавливать прочные детали из очень широкого спектра материалов. Станки с ЧПУ могут обрабатывать практически любой технический материал. .

В отличие от 3D-печати, детали, изготовленные с помощью станков с ЧПУ, обладают полностью изотропными физическими свойствами, идентичными свойствам объемного материала, из которого они были изготовлены.

Обработка с ЧПУ в основном включает металлы как для прототипирования, так и для более крупных производственных циклов. Как правило, обрабатывать пластмассы сложнее, так как они имеют более низкую жесткость и температуру плавления, хотя один из распространенных вариантов использования, который мы действительно видим, заключается в обработке функциональных прототипов из пластика на ЧПУ перед началом крупномасштабного производства с литьем под давлением. .

Сколько стоят материалы для станков с ЧПУ?

Существует множество материалов для обработки с ЧПУ, а это означает, что стоимость материалов сильно различается. Каждый материал имеет свою цену, и физические свойства каждого материала влияют на общую стоимость обработки.

Алюминий 6061 является наиболее экономичным вариантом, если вы хотите производить металлические детали, с приблизительной оптовой стоимостью 25 долларов США за заготовку размером 150 x 150 x 25 мм. ABS — самый дешевый вариант, его стоимость составляет около 17 долларов за бланк того же размера. А с точки зрения того, как простота обработки влияет на стоимость, хорошим примером является нержавеющая сталь. Он намного тверже, чем алюминий, и поэтому его труднее обрабатывать, что увеличивает общую стоимость.

Вот полный обзор самых популярных материалов, которые мы предлагаем на платформе Hubs, и их важных характеристик.

Материал	Характеристики	Сравнение затрат
Алюминий 6061	Хорошее отношение прочности к весу, отличная обрабатываемость, низкая твердость	$
Нержавеющая сталь 304	Отличные механические свойства, устойчивость к коррозии и кислоте, относительно сложная обработка	$$$
Латунь C360	Высокая пластичность, отличная обрабатываемость, хорошая коррозионная стойкость	$$
АБС	Отличная ударопрочность, хорошие механические свойства, чувствительность к растворителям	$$
Нейлон (PA6 и PA66)	Отличные механические свойства, высокая прочность, плохая влагостойкость	$$
ПОМ (Делрин)	Высокая жесткость, отличные тепловые и электрические свойства, относительно хрупкий	$$

Как узнать больше о материалах для станков с ЧПУ?

Обо всех материалах, предлагаемых Hubs для обработки с ЧПУ, можно многое узнать. Чтобы глубже погрузиться в отдельные материалы или наборы материалов, посмотрите эти специализированные видеоролики, доступные на нашем канале Youtube.

Постобработка и обработка поверхности для станков с ЧПУ

Детали, обработанные на станке с ЧПУ, обычно имеют видимые следы инструмента, что не всегда желательно в зависимости от ваших требований к деталям. Существует множество методов постобработки, которые можно использовать для улучшения внешнего вида поверхности детали и повышения ее износостойкости, коррозионной и химической стойкости. Анодирование, дробеструйная обработка и порошковое покрытие — все это жизнеспособные методы отделки ваших нестандартных деталей.

Поскольку это более общее руководство, мы не будем вдаваться в детали постобработки и отделки поверхности. В этом полезном объяснении вы можете изучить наиболее распространенные методы и способы обработки станков с ЧПУ. .

Каковы преимущества и недостатки обработки с ЧПУ?

Хотя обработка с ЧПУ является жизнеспособным и даже идеальным производственным процессом для многих приложений, от прототипирования до среднесерийного производства деталей для конечного использования, он не лишен недостатков. В этом разделе мы рассмотрим преимущества и ограничения этого процесса субтрактивной обработки.

Обработка с ЧПУ обеспечивает превосходную точность и повторяемость. Как фрезерование, так и токарная обработка позволяют производить детали с очень жесткими допусками, что делает ЧПУ идеальным решением для высокотехнологичных приложений, таких как аэрокосмическая, авиационная и автомобильная промышленность. Большинство материалов, используемых в станках с ЧПУ, обладают превосходными и полностью изотропными физическими свойствами и подходят для большинства инженерных приложений.

В целом, обработка с ЧПУ является наиболее рентабельным производственным процессом для производства небольших и средних металлических деталей. Это означает, что вы можете использовать ЧПУ для изготовления отдельных прототипов или для производства до 1000 единиц.

Хотя эти преимущества делают обработку с ЧПУ привлекательным вариантом для инженеров, субтрактивный характер технологии делает некоторые более сложные геометрические формы очень дорогими или даже невозможными для производства.

Если говорить с финансовой точки зрения, начальные затраты на обработку с ЧПУ намного выше, чем на 3D-печать. Если вы хотите производить недорогие прототипы из пластика, то 3D-печать может быть лучшим вариантом, когда речь идет о настройке.

Сроки изготовления станков с ЧПУ, как правило, больше, чем для 3D-печати, поскольку среднее время выполнения заказов для станков с 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 требуется больше экспертных знаний.

Каковы эмпирические правила Hubs для обработки с ЧПУ?

Давайте разберем ключевые параметры, которые следует учитывать при обработке с ЧПУ как металлических, так и пластиковых нестандартных деталей.

Ключевой параметр ЧПУ	Что говорит Хаб
Точность размеров	Стандартный:± 0,125 мм (0,005 дюйма) Максимальный:± 0,02 мм (0,0008 дюйма)
Минимальная толщина стенки	Металл:0,75 мм (0,030 дюйма) Пластмасса:1,5 мм (0,060 дюйма)
Максимальный размер сборки	Фрезерная:2000 x 800 x 100 мм (78’’ x 32’’ x 40’’) Токарная обработка:Ø 500 мм (Ø 20’’)

Часто задаваемые вопросы

Как лучше всего применять обработку на станках с ЧПУ?

Обработка на станках с ЧПУ идеально подходит для разовых производственных работ и для мелкосерийного производства от нескольких сотен до 1000 деталей. Мы рекомендуем использовать станки с ЧПУ для изготовления ваших металлических прототипов, так как это наиболее конкурентоспособный по цене вариант. Also, you should opt for CNC machining when your parts need to have very tight tolerances.

What are the most common CNC machining cutting tools?

CNC machines use a variety of cutting tools to achieve a wider range of part geometries. These tools include drills, slot cutters, threading taps, face milling cutters and flat head, bull head and ball head tools.

Which industries use CNC machining the most?

CNC machining is a widely-used subtractive manufacturing process. A huge number of industries rely on CNC, including aerospace, automotive, aviation, transportation and other integral sectors. Airplane parts, for instance, have to be manufactured with an immense amount of precision to ensure the entire machine functions perfectly as designed.

Is CNC machining completely automated?

CNC machining is, for the most part, automated and reliant on pre-programmed software. CAD software sets the dimensions of a part, which CNC machines use to produce physical parts. In general, very little human intervention is required, though some complex processes may need an extra set of manual hands if the part design is uniquely complex. Overall, near-complete automation makes CNC machining a repeatable, trustworthy manufacturing process.