Что такое фрезерование с ЧПУ:всесторонний обзор процесса фрезерования

Фрезерование с ЧПУ является важным процессом, когда речь идет о производстве сложных компонентов. Являясь одной из возможностей прецизионной обработки с ЧПУ, этот процесс помогает создавать точные детали для многих отраслей промышленности. Благодаря широкому спектру применения эта технология продолжает быстро расти и развиваться.

Итак, мы подробно рассмотрим процесс фрезерования, изучив различные операции и их применение. Это поможет вам понять различные аспекты процесса и понять, как извлечь из него максимальную пользу. Без лишних слов, давайте приступим к делу.

Определение:что такое фрезерование с ЧПУ?

Фрезерование с ЧПУ — это управляемый компьютером процесс, который включает удаление частей заготовки с помощью режущего инструмента. Его базовая комплектация включает стол станка и режущий инструмент(ы), прикрепленный(е) к шпинделю. Заготовка помещается на рабочий стол станка, в то время как режущий инструмент (ы) вращается, чтобы придать заготовке форму.

Вращение режущего инструмента будет зависеть от типа фрезерного станка с ЧПУ и уровня его сложности. Большинство фрезерованных деталей с ЧПУ могут достигать высоких допусков от +/- 0,001 дюйма до +/- 0,005 дюйма. Некоторые машины могут даже достигать допусков до +/- 0,0005 дюйма.

Таким образом, этот процесс очень универсален и может работать с широким спектром материалов, включая металлы, пластмассы, дерево и стекло. Это также может помочь создать широкий спектр пользовательских продуктов для удовлетворения уникальных требований.

Анализ процесса фрезерования:как работает фрезерование с ЧПУ?

Крайне важно дать полное представление о процессе фрезерования. Это поможет вам получить полное представление о том, как это работает. Как правило, операция фрезерования с ЧПУ состоит из трех этапов:

1. Проектирование файлов САПР 

Первый этап включает в себя создание виртуального представления вашего предполагаемого продукта с использованием программного обеспечения САПР. Вы можете использовать различные программы CAD-CAM для разработки необходимого G-кода для обработки. Очень важно перевести дизайн САПР на язык программирования ЧПУ, потому что это то, что машина поймет.

Вы можете проверить и изменить код, чтобы он соответствовал возможностям машины. Программное обеспечение также позволяет инженерам-технологам моделировать весь процесс фрезерования. В результате они могут проверять ошибки проектирования и избегать создания сложных моделей, которые слишком сложно обрабатывать.

Оператору также требуется технический чертеж, содержащий следующую информацию: 

• Размеры и важные характеристики детали
• Допуски
• Вспомогательные линии
• Указание цепочек
• Настройки отделки

2. Настройка фрезерного станка

Хотя фрезерные станки с ЧПУ автоматически режут заготовки, некоторые аспекты процесса требуют оператора станка. Например, оператор должен закрепить заготовку на рабочем столе и атаковать режущие инструменты для шпинделя.

Современные фрезерные станки имеют возможность работы с приводными инструментами. Поэтому они имеют возможность менять инструменты в процессе фрезерования. Это уменьшает количество остановок, которые будут происходить во время работы. Тем не менее, по-прежнему требуется первоначальная настройка и проверка программы перед началом процесса.

3. Создание компонентов

Как упоминалось ранее, при фрезеровании с ЧПУ используются вращающиеся инструменты, которые срезают стружку при контакте с заготовкой. Непрерывное вращение инструмента придает нужную форму. Процесс может включать различные операции в зависимости от типа сырья и желаемой формы конечного продукта.

В первых нескольких операциях используются более крупные инструменты для вырезания материалов и получения приблизительной формы. Затем смена инструмента поможет создать более точные обработанные детали. Прецизионное фрезерование с ЧПУ достигается на последних этапах, включая непревзойденные уровни шероховатости поверхности и технические допуски.

Различные фрезерные операции с ЧПУ

Фрезерный центр с ЧПУ может производить несколько сложных элементов с высокой точностью. К таким элементам относятся резьба, фаски, прорези и т. д. Однако для создания этих элементов требуются различные операции фрезерования, например: 

Простая фрезеровка

Это также известно как фрезерование поверхности, в этой операции используется горизонтальная фреза. Таким образом, режущий инструмент имеет ось вращения, параллельную рабочему столу. При простом фрезеровании используются различные фрезы разной формы и ориентации в зависимости от желаемого результата. Сочетание широкой фрезы (с высокой скоростью подачи) и более мелких режущих зубьев (с более высокой скоростью резания) — отличный выбор с точки зрения экономической эффективности. Это также обеспечивает более качественную обработку поверхности и высокое качество конечной продукции.

Торцевое фрезерование

В этом типе фрезерования используются режущие инструменты с зубьями по бокам и на конце. Боковые зубья выполняют основную работу по резанию, а другие зубья на кончике помогают с обработкой поверхности. Торцевое фрезерование обычно выполняется после фрезерования поверхности, потому что оно может создавать сложные контуры и обеспечивать высококачественную отделку.

Угловое фрезерование

Это одна из лучших операций фрезерования для создания канавок, фасок, пазов и других сложных элементов. Традиционные 3-осевые фрезы используют разные фрезы — фрезы типа «ласточкин хвост» для угловых канавок или конические режущие головки для создания фасок. Ось фрезы часто перпендикулярна или находится на одной линии с режущей поверхностью.

 

Фрезерование формы

Эта фрезерная операция использует специальные инструменты для создания более сложных контуров. Вогнутые и выпуклые фрезы здесь наиболее распространены. Они помогают создавать контуры поверхности, закругленные края и закругленные углубления всего за один проход.

Другие фрезерные операции

Помимо вышеупомянутых фрезерных операций, фрезерные станки с ЧПУ могут выполнять другие типы специализированных фрезерных операций, например:

Фрезерование профиля :Здесь инструмент создает траекторию резания вдоль наклонной или вертикальной поверхности на заготовке. В процессе используется профильный фрезерный инструмент, который может располагаться параллельно или перпендикулярно поверхности заготовки.

Групповое фрезерование :это подкатегория фрезерования формы, при которой для одновременного создания шаблонов используются несколько фрез. Резцы обычно имеют различные формы, размеры или ширину. Они могут выполнять похожие или разные операции для создания более сложных элементов или сложных деталей за более короткие периоды времени.

Сдвоенное фрезерование :Эта операция фрезерования позволяет станку обрабатывать две или более параллельных заготовок за один проход. Две фрезы расположены по обеим сторонам заготовки для фрезерования обеих сторон на одной и той же оправке станка.

Плюсы и минусы фрезерной обработки деталей с ЧПУ

Процесс фрезерования с ЧПУ необходим для различных промышленных процессов из-за его преимуществ. Тем не менее, следует отметить недостатки. Вот некоторые из преимуществ и недостатков этой технологии производства.

Плюсы фрезерной обработки с ЧПУ

Точность и аккуратность

Характер фрезерных операций с ЧПУ оставляет минимум места для ошибок, что обеспечивает более высокую точность и прецизионность. С помощью этого метода можно производить детали, которые точно соответствуют техническим характеристикам и требованиям к допускам.

Большинство фрезерованных деталей с ЧПУ могут достигать высоких допусков от +/- 0,001 дюйма до +/- 0,005 дюйма, а некоторые могут достигать +/- 0,0005 дюйма. Автоматизация процесса также ограничивает человеческие ошибки. Даже если вам требуется обработка поверхности, микрофрезерование позволяет удалить некоторую толщину, чтобы не повлиять на размер детали.

Эффективность и воспроизводимость

Фрезерные центры с ЧПУ обеспечивают высокую производительность благодаря автоматизации. Усовершенствованные фрезерные станки могут производить детали быстрее с более стабильным качеством и отделкой.

Широкая совместимость материалов

Этот процесс подходит для широкого спектра материалов, включая металлы, пластмассы, стекло и дерево. Это еще больше увеличивает его универсальность и делает его идеальным для различных приложений.

Меньше трудозатрат

Автоматизация и высокая производительность фрезерных станков с ЧПУ значительно сокращают трудозатраты в процессе. Эти станки также позволяют использовать приводной инструмент, обеспечивая смену инструмента без остановки операции. Для этого процесса потребуется очень мало операторов.

Экономично

Фрезерные станки с ЧПУ эффективно производят сложные изделия быстрее и точнее. Это сокращает время, затрачиваемое на стадии производства. Кроме того, меньшие трудозатраты еще больше снижают стоимость процесса.

Минусы фрезерования с ЧПУ

Высокая стоимость машины

Первоначальные инвестиционные затраты на фрезерные станки с ЧПУ выше, чем на традиционное ручное оборудование. Это может привести к увеличению общих производственных затрат.

Требуется интенсивное обучение операторов

Не каждый может работать на фрезерных станках с ЧПУ. От дизайнеров до программистов и операторов станков требуется соответствующее обучение, чтобы получить максимальную отдачу от процесса.

Высокий уровень обслуживания

Фрезерные станки необходимо постоянно обслуживать, чтобы обеспечить их правильную работу и увеличить срок службы инструмента. Это увеличивает время простоя фрезерных станков.

Распространенные материалы для фрезерных станков с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ работают с самыми разными материалами. Ваш выбор материала будет зависеть от требований и спецификаций ваших приложений. Наиболее распространенные материалы включают:

Металлические материалы для фрезерования

• Алюминиевые сплавы
• Нержавеющая сталь
• Мягкая сталь
• Инструментальная сталь
• Латунь
• Медные сплавы
• Титановые сплавы

Пластмассы для фрезерования

• ПОМ
• АБС
• Нейлон
• Поликарбонат
• ПИК
• ПТФЭ (тефлон)
• Полиэтилен
• ПММА (акрил)
• ПНД
• ПВХ
• Полипропилен

Четыре классификации фрезерных станков

На современном рынке доступно множество фрезерных станков с различными способами их классификации. Хотя основы остаются прежними, несколько модификаций делают каждую мельницу уникальной.

Доступны следующие категории фрезерных станков: 

1. Фрезерные станки плоскостного типа

Их конструкция включает в себя стандартную длинную станину, которая позволяет крепить несколько заготовок. Это сокращает время простоя и повышает эффективность. Рабочий стол крепится к станине станка и может двигаться в двух направлениях. Ориентация этих фрез позволяет головке шпинделя перемещаться в осевом направлении, определяя глубину резания.

Существуют вертикально-фрезерные станки горизонтального и универсального станкового типа. Наиболее распространенным является универсальный фрезерный станок с ЧПУ, обеспечивающий большую гибкость. Использование двухстаночной клети для этих мельниц поможет повысить производительность. Это позволяет оператору монтировать одну крупную деталь или несколько деталей на рабочий стол для одновременной обработки.

2. Фрезерные станки коленного типа

Эти машины помогают производить детали малого и среднего размера. Однако они обеспечивают меньшую устойчивость, чем машины станочного типа. Традиционные коленчатые мельницы отлично подходят для создания одноразовых компонентов для подготовительных работ, работ по техническому обслуживанию и т. д. 

Производители обычно используют их для подготовки заготовок к дальнейшей обработке на станциях с ЧПУ. Режущая головка движется только в одном направлении, что ограничивает возможность несчастных случаев. Однако коленные фрезы требуют ручной смены инструментов после каждой операции. Это делает процесс относительно медленным.

3. Фрезерные станки плунжерного типа

Эти мельницы имеют свои режущие головки, установленные на поршне, скользящем вперед и назад. В результате инструмент может легко перемещаться по двум осям — X и Y. Доступны как вертикальные, так и горизонтальные варианты, и они часто позволяют поворачивать режущую головку.

4. Строгально-фрезерные станки

Эти фрезерные станки очень похожи на станочные станки. Они используют большие рабочие столы, а их шпиндели могут двигаться в трех направлениях. Однако строгальные станки могут одновременно вмещать больше инструментов. Они могут брать до четырех инструментов одновременно. Это повышает их гибкость и эффективность, уменьшая при этом потребность в смене инструментов в процессе фрезерования.

Различные типы фрезерных станков с ЧПУ

Существует три основных типа фрезерных станков с ЧПУ, используемых производственными компаниями. Это: 

Вертикально-фрезерные станки

Эти инструменты имеют вертикальные оси, что делает их более подходящими для концевого фрезерования. У машин режущие головки расположены на конце ползуна, а шпиндели прикреплены к концу. Современные вертикально-фрезерные станки могут вращать детали для лучшего доступа и ускорения операций. Они также позволяют автоматизировать движения для большей точности и воспроизводимости.

Вертикально-фрезерные станки значительно дешевле своих горизонтальных аналогов. Кроме того, они меньше по размеру и требуют меньше места в станочных цехах с ЧПУ.

Горизонтально-фрезерные станки

В отличие от вертикальных мельниц, эти станки имеют оси, лежащие горизонтально. Режущие инструменты прикреплены к оправке, и инструменты можно легко заменить, сняв распорки и кронштейны оправки. Горизонтально-фрезерные станки могут иметь несколько шпинделей с множеством инструментов для более быстрой обработки. Кроме того, стол и инструменты могут двигаться в разных направлениях.

Эти типы фрезерных станков с ЧПУ могут производить более сложные детали с меньшим количеством операций. Они намного быстрее и обеспечивают более качественную обработку поверхности.

Многоосевые фрезерные станки

Эти станки могут двигаться по разным осям и фрезеровать под разными углами. Многокоординатные фрезерные станки могут быть:

3-осевые фрезерные станки

3-осевые вертикальные фрезерные станки позволяют перемещать стол в направлениях X и Y. На этих станках заготовки можно позиционировать относительно режущего инструмента. Затем оператор может добавить ось Z, опустив режущий инструмент. Инструменты ЧПУ обеспечивают одновременное перемещение по трем осям, обеспечивая необходимую гибкость для ваших нужд.

4-осевые фрезерные станки

Эти мельницы имеют все три оси, как упоминалось выше. Но здесь появляется еще одна ось — ось А. Добавление еще одной оси позволяет таблице вращаться вокруг оси X. Это обеспечивает пространство для торцевого фрезерования без изменения положения заготовки.

5-осевые фрезерные станки

Здесь применимо все, что справедливо для 4-осевых фрезерных станков, но с добавлением оси B. Это дополнение помогает столу вращаться вокруг оси Y. 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ дороже рассмотренных выше вариантов, но позволяют изготавливать сложные детали за одну операцию. Они не требуют дополнительных настроек и совместимы с живыми инструментами.

6-осевые фрезерные станки

6-осевые фрезерные станки еще не являются стандартом из-за их высокой стоимости. Они имеют стационарные рабочие столы с полной свободой перемещения режущей головки. То есть голова может перемещаться по осям X, Y и Z и вокруг них.

Компоненты фрезерного станка с ЧПУ

Здесь мы проанализируем компоненты, из которых состоят фрезерные станки с ЧПУ. Хотя новые мельницы немного сложны, мы остановимся на традиционных фрезерных центрах, чтобы дать надлежащий обзор. Основными компонентами фрезерных станков являются:

1. Рамка

Эта основная конструкция поддерживает машину и придает ей жесткость и устойчивость. Он имеет основание и съемную колонну (колонны). Передняя бабка станка является важной частью рамы для крепления главного шпинделя, предотвращая вибрации или дребезжание во время работы станка. Это предотвращает ошибки обработки и продлевает срок службы режущего инструмента.

2. Панель управления ЧПУ

Вы можете назвать это «нервной системой» фрезерных центров. Он состоит из различной электроники, необходимой для управления различными действиями резки с использованием функций программирования. Основными компонентами панели управления являются монитор ЧПУ и кнопки программирования. Большинство станков с ЧПУ имеют легкодоступные панели управления для облегчения обработки.

3. Оси

Фрезерные станки с ЧПУ имеют оси X, Y и Z. В зависимости от конфигурации они также поставляются с дополнительными осями вращения (A, B и C). Они часто программируются с помощью G-кода в контроллере ЧПУ.

4. Столбец

Этот компонент машины обеспечивает структуру и поддержку других компонентов мельницы. Он поставляется с прикрепленным основанием и может включать в себя внутренние компоненты, облегчающие операции фрезерования с ЧПУ. К таким внутренним элементам относятся резервуары для охлаждающей жидкости и масла.

5. Рабочий стол

Этот компонент представляет собой прочную основу, позволяющую крепить заготовку. Другими словами, он удерживает штангу, тиски или приспособление на месте. В зависимости от используемого фрезерного станка деталь можно регулировать по вертикали, горизонтали или в обоих направлениях. В большинстве рабочих столов используются Т-образные пазы для облегчения зажима заготовки.

6. шпиндель

Шпиндель имеет коническую часть для позиционирования резцедержателей. Он также имеет вращающийся узел и вал для крепления режущего инструмента. В зависимости от типа фрезерного станка шпиндель может располагаться горизонтально или вертикально.

7. Беседка

Это компонент вала, вставляемый в шпиндели горизонтально-фрезерных станков. Они позволяют устанавливать несколько станков. Оправки доступны разной длины и диаметра в зависимости от требуемых спецификаций.

8. Рам

Обычно этот компонент станка можно найти в вертикально-фрезерных станках. Обычно он крепится к колонне, поддерживающей шпиндель. Операторы могут настроить плунжер так, чтобы он занимал различные положения во время процесса фрезерования.

9. Станок

Это компонент, который выполняет удаление материала. Существует несколько инструментов для фрезерования в зависимости от характеристик фрезерования. Они различаются по расположению, количеству, расстоянию между зубьями, диаметру, длине и геометрии.

Сколько стоит фрезерный станок?

Стоимость фрезерного станка является одним из факторов, влияющих на стоимость обработки с ЧПУ. Однако эта стоимость варьируется в зависимости от сложности машины. Например, 3-осевые вертикально-фрезерные станки начального уровня или инструментальные станки стоят от 50 до 80 тысяч долларов. Напротив, 5-осевые фрезерные станки начального уровня стоят от 100 000 до 400 000 долл. США.

Точно так же серийные 3-осевые вертикальные фрезерные станки стоят от 150 000 до 300 000 долларов, а серийные 5-осевые фрезерные станки стоят более 500 000 долларов. Это приблизительные оценки, которые будут зависеть от таких факторов, как:

• Вес и размер машины (измеряется по осям X/Y/Z)
• Конфигурация станка (3, 4, 5 или 6 осей)
• Скорость машины
• Мощность
• Доступны другие опции, например, давление охлаждающей жидкости, конвейер для стружки, автоматическая смена инструмента, роботизированный загрузчик деталей и т. д.

Какие отрасли промышленности используют фрезерные станки с ЧПУ?

Несколько отраслей промышленности пользуются преимуществами и многочисленными приложениями фрезерования с ЧПУ. Вот некоторые из его промышленных применений: 

Аэрокосмическая промышленность

Процесс фрезерования также подходит для изготовления аэрокосмических деталей из таких материалов, как алюминий и титан. Эти материалы прочные и легкие, а также обеспечивают точную обработку требуемых компонентов.

Автомобильная промышленность

Продукция для автомобильной промышленности должна быть эффективной и точной. Таким образом, фрезерование с ЧПУ подходит для изготовления панелей салона, ведущих мостов, головок цилиндров, коробок передач, деталей выхлопной системы, компонентов подвески и т. д. 

Медицинская промышленность

Медицинские и хирургические инструменты часто имеют уникальную конструкцию, требующую оптимальной точности. Это делает фрезерование с ЧПУ одним из лучших методов создания таких компонентов. Таким образом, проекты сохраняются с повышенной эффективностью и производительностью.

Потребительские товары

Фрезерование с ЧПУ также помогает производить компоненты общего назначения. К таким изделиям относятся гайки и болты, шестерни и валы, фланцы и т. д. Этот процесс подходит как для мелкосерийного, так и для крупносерийного производства.

Заключение

Фрезерование с ЧПУ подходит для нескольких высококачественных приложений, независимо от сложности. Этот экономичный производственный процесс также экономит много времени, обеспечивая эффективность работы и более быстрый вывод продукта на рынок.

Мы описали основы фрезерования с ЧПУ, различные операции, области применения и факторы, влияющие на его стоимость. Свяжитесь с WayKen сегодня, если вы не уверены, является ли этот процесс оптимальным решением для вашего приложения. Мы всегда готовы помочь.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между фрезерованием с ЧПУ и точением?

Их отличие заключается в режиме работы. Фрезерование с ЧПУ включает в себя удержание заготовки на месте, когда режущий инструмент вращается, формируя деталь. С другой стороны, определение токарной обработки с ЧПУ использует стационарный режущий инструмент и вращающуюся заготовку.

Какие изделия можно изготовить на фрезерных станках с ЧПУ?

Фрезерные станки могут создать любой продукт, пока он может быть спроектирован. Вы можете получить стандартные и нестандартные детали, независимо от сложности их геометрии.

Какова стоимость фрезерной обработки с ЧПУ?

На стоимость фрезерной обработки с ЧПУ влияет несколько факторов, включая сырье, конструкцию детали, тип фрезерного станка, объем производства и постобработку. Каждый элемент играет уникальную роль в определении стоимости вашего проекта фрезерной обработки с ЧПУ.