Как проектировать детали с помощью станков с ЧПУ?

Для большинства людей знания о современных технологиях производства и прототипирования состоят в основном из того, что они узнают в школе или наткнулись в Интернете.

Многие, по крайней мере, смутно знакомы с процессом 3D-печати, который может предложить устойчивые и экологически чистые производственные возможности. Но даже несмотря на то, что 3D-печать становится все более популярной, она все еще не может сравниться с возможностями, предоставляемыми разнообразными станками с ЧПУ, которые используются бесчисленным количеством компаний по всему миру.

Несмотря на то, что он гораздо менее известен людям за пределами отрасли, обработка с ЧПУ стала не чем иным, как революционной, когда она была представлена, и остается незаменимым производственным методом, который жизненно важен для целого ряда отраслей, включая аэрокосмическую, медицину и автомобильную промышленность.

Но что такое станки с ЧПУ? И как вы можете использовать их для проектирования различных деталей?

Давайте рассмотрим процесс проектирования деталей с помощью станков с ЧПУ и решения, которые вам нужно будет принять ниже.

Что такое обработка с ЧПУ?

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) — это тип обработки, в котором используются компьютерные указания для выполнения определенных задач и движений.

Он берет стандартный кусок материала, а затем использует ряд сверл, токарных и фрезерных станков, чтобы обрезать его до тех пор, пока деталь не будет соответствовать точным размерам цифрового дизайна, который был использован в качестве основы.

В отличие от 3D-печати, которая формирует материалы вместе, чтобы сформировать форму, обработка с ЧПУ представляет собой субтрактивный процесс, который вырезает слои материала до тех пор, пока не будет достигнута желаемая форма.

Еще одним важным отличием является сам процесс ЧПУ. В отличие от станков с ручным управлением, процесс с технологией ЧПУ полностью автоматизирован, что означает, что для выполнения проекта требуется гораздо меньше контроля.

Более того, автоматизированный процесс также означает, что вероятность человеческой ошибки сведена к минимуму, а каждая копия детали идентична оригиналу вплоть до мельчайших идентифицируемых деталей.

Тем не менее, несмотря на то, что процесс может быть очень эффективным, необходимо учитывать множество моментов, чтобы избежать дорогостоящих ошибок и обеспечить бесперебойную работу проекта.

Давайте рассмотрим некоторые из наиболее важных соображений, касающихся станков с ЧПУ, чтобы помочь вам лучше понять процесс проектирования различных деталей.

Типы станков с ЧПУ

Несмотря на то, что станки с ЧПУ могут показаться достаточно конкретным термином, на самом деле он охватывает ряд различных типов станков, таких как фрезерный станок с ЧПУ или токарный станок.

Различные машины имеют свои сильные стороны, а также типичные области применения, которые важно знать, если вы хотите добиться наилучших результатов.

токарный станок является популярным вариантом, особенно для проектирования цилиндрических форм, поскольку он обеспечивает универсальность и экономичность, которые трудно сравнить с другими типами производства.

Другим стандартным вариантом является фрезерный станок с ЧПУ. , который направляет траектории инструмента по 3 осям, предлагая широкий спектр возможностей для создания деталей, а также сводя к минимуму потери материалов.

Тогда у вас есть два типа фрезерных станков — вертикальные фрезерные станки с ЧПУ. и горизонтальные фрезерные станки с ЧПУ . Оба они используют режущий инструмент, выровненный с станиной станка, с основным отличием в том, что один из них расположен вертикально, а другой горизонтально.

Возможные материалы

При проектировании и изготовлении детали одним из первых важных решений, которое вам необходимо принять, является тип материала, который вы хотите использовать.

Хорошая новость заключается в том, что при использовании станков с ЧПУ для прототипирования или изготовления деталей существует широкий выбор материалов.

Некоторые из возможных факторов, которые вы должны учитывать при выборе, включают в себя то, насколько прочным и твердым он должен быть, его жесткость, устойчивость к различным химическим веществам, а также механические функции. В некоторых случаях эстетические соображения также могут играть роль, хотя другие факторы должны стоять на первом месте.

Отличительной особенностью станков с ЧПУ является то, что они могут обрабатывать широкий спектр различных металлов, включая сталь, медь, латунь и алюминий, и это лишь некоторые из них. Это означает, что вы можете настроить свой дизайн в соответствии с его уникальными требованиями и воспользоваться уникальными качествами различных типов металлов.

В некоторых случаях пластик может иметь больше смысла, с чем также легко справляются станки с ЧПУ. Нейлон, вероятно, самый популярный вариант, но вы также можете использовать АБС-пластик, поликарбонат, делрин и даже ПТФЭ, если вам нужен вариант с низким коэффициентом влагопоглощения.

Соответствует требованиям

Есть причина, по которой НАСА и другие космические программы широко используют станки с ЧПУ — это производственный процесс, который помогает достичь непревзойденной точности каждой отдельной детали.

Но, несмотря на то, что технология невероятно точна, обычно существует допуск на то, насколько размер может отклоняться, даже если цифры обычно минимальны.

Стандартный допуск для станков с ЧПУ составляет ±0,125 миллиметра, что практически невозможно заметить. Но даже это может быть слишком большим допуском в ситуациях, когда важна каждая доля миллиметра, и допуск можно уменьшить до ± 0,050 мм или даже меньше.

При проектировании детали вам необходимо точно знать, какие допуски вы можете допустить, и взвесить потенциальные выгоды от минимизации любых отклонений по сравнению с увеличением затрат на уменьшение допусков сверх стандартов.

Учтите, что в большинстве случаев станки с ЧПУ уже невероятно точны, поэтому вполне вероятно, что недостатки не окажут никакого влияния на производительность и соответствие вашей детали.

Вы также должны подумать о конструкции своей детали и о том, как ее можно изменить, чтобы она лучше соответствовала возможностям станков с ЧПУ.

Например, если в вашей конструкции требуются отверстия, вы можете сократить расходы, проделав их насквозь, а не просверливая на станке только часть отверстия в материале.

Вы также должны учитывать, насколько тонкими вы можете сделать стены. Это будет зависеть не только от самого дизайна, но и от материала, который вы выберете для своего проекта.

Наконец, избегайте сложных функций с вашей стороны, так как это может ограничить выбор станков с ЧПУ, которые могут справиться с задачей. А именно, подумайте, нужны ли вам подрезы типа «ласточкин хвост» или Т-образный паз, так как они потребуют специального инструмента и больших усилий.

Параметры завершения

Другим ключевым фактором при проектировании деталей с использованием станков с ЧПУ будет отделка, которую вы хотите, чтобы ваши детали имели. Существует довольно много вариантов на выбор, поэтому вам нужно будет подумать, можно ли допустить дефекты отделки, которые не влияют на характеристики детали.

При использовании фрезерного станка с ЧПУ вполне вероятно, что фрезерование, хотя и очень точное, оставит видимые следы инструмента, которые могут повлиять на эстетику детали.

Еще одна возможная отделка — анодирование — это процесс нанесения оксидной пленки на металлические детали с помощью электролитов. Этот тип отделки имеет несколько различных вариантов, некоторые из которых больше подходят для аэрокосмической промышленности, а другие лучше подходят для деталей двигателей и ряда других применений.

Вы также можете выбрать опцию дробеструйной очистки, которая представляет собой процесс удаления любых поверхностных отложений путем нанесения мелких стеклянных шариков под высоким давлением. Пескоструйная обработка считается хорошим выбором, если вы хотите сделать свою деталь более эстетичной. Тем не менее, процесс включает в себя ручной труд, а это значит, что всегда есть вероятность несовершенства.

Основные советы

Как вы понимаете, использование станков с ЧПУ для проектирования деталей может быть сложным процессом, требующим принятия многих важных решений, поэтому вот несколько советов, которые помогут вам добиться наилучших результатов.

Во-первых, будьте очень осторожны при ознакомлении с ограничениями материалов и типом обработки, которую вы хотите использовать. Обработка с ЧПУ имеет свои сильные и слабые стороны, и некоторые детали просто не идеально подходят для изготовления с использованием этой технологии.

Тонкие стенки, крошечные элементы и даже необычные полости могут не только резко увеличить стоимость проекта, но и сделать деталь менее стабильной.

Однако конструкция каждой детали уникальна, поэтому иногда единственный способ добиться желаемого результата — это проконсультироваться с людьми, которые уже сталкивались с подобными ситуациями.

Если вы выберете надежную компанию, занимающуюся обработкой станков с ЧПУ, они могут ознакомиться с вашими требованиями к деталям и предоставить вам рекомендации о том, какие инструменты и станки лучше всего подходят для выполнения работы.

Опытный специалист также может рассмотреть ваш дизайн и дать рекомендации по поводу лучших материалов для использования, отделки, которая будет соответствовать вашим потребностям, и какой станок предоставит вам наиболее экономичное решение, а также наиболее стабильные и надежные результаты. .

Они также могут предоставить вам конкретные сведения в различных ситуациях, помогая избежать дорогостоящих проблем, таких как деформация детали при обработке алюминия с ЧПУ.

Иногда вы можете обнаружить, что кажущиеся незначительными изменения в конструкции, которые не влияют на производительность вашей детали, могут помочь значительно снизить производственные затраты, поэтому определенно стоит потратить время на изучение ваших вариантов в начале всего процесса.