ЧПУ-фрезеровка: процесс, преимущества и промышленное применение

ЧПУ-фрезеровка — одна из самых впечатляющих технологических достижений этого столетия.

Хотя большинство людей более знакомы с 3D-печатью как способом производства точных физических печатей, ЧПУ-фрезеровка существует дольше и до сих пор широко используется.

От своего широкого круга применений в электронной промышленности до преобладающего использования производственными компаниями, технология все еще быстро растет и развивается, поскольку все больше компаний открывают ее эффективность.

Так что, с расширением ЧПУ-обработки на новые отрасли, такие как производство музыкальных инструментов, неудивительно, что сама технология оценивается в 100-миллиардную долларовую отрасль к 2025 году.

Тем не менее, даже если процесс и использование ЧПУ-фрезеровки хорошо известны людям, работающим в отрасли, те снаружи могут быть гораздо менее знакомы с тем, как она может быть применена или даже как она работает.

Так что в этой статье давайте копнем глубоко в тему того, что такое ЧПУ-фрезеровка, как она отличается от 3D-печати, кто может больше всего выиграть от технологии и ответим на все основные вопросы, которые у вас могут быть.

Что такое ЧПУ-фрезеровка

Чтобы понять процесс ЧПУ-фрезеровки, давайте разобьем его на два компонента — «ЧПУ» и «Фрезеровка». Фрезеровка — это процесс, при котором заготовка вращается вдоль осей вращения, а режущие инструменты используются для сбивания кусков заготовки.

Это делается для придания заготовке формы согласно требованию. Важно отметить, что эта технология отличается от других методов формовки вроде 3D-печати.

Это потому, что фрезеровка работает путем удаления материала из заготовки, в то время как другие альтернативы работают путем добавления материала к заготовке.

Теперь к «ЧПУ» — это означает Computer Numerical Control (Числовой программный контроль). ЧПУ позволяет управлять резами и движением заготовки с помощью компьютерного ПО. С компьютерным контролем нет необходимости в ручном труде для управления процессами движения.

Кто изобрел ЧПУ-фрезеровку?

Концепция фрезеровки восходит к 18 веку. Однако первые ЧПУ-фрезеровки были разработаны в начале 1950-х.

Заслуга изобретения ЧПУ-фрезеровок принадлежит Ричарду Кеггу. Он создал этот станок с помощью MIT в 1952 году и назвал его Cincinnati Milacron Hydrotel.

Как работает ЧПУ-фрезеровка?

В принципе, ЧПУ-фрезеровка — базовый процесс, где вы берете начальную заготовку и продолжаете удалять материал из нее в разных местах режущим инструментом. Чтобы достичь этих разных мест, заготовка продолжает вращаться.

В реальности весь процесс ЧПУ-фрезеровки проходит через ряд этапов.

Каковы разные этапы типичного процесса ЧПУ-фрезеровки?

1. Создание CAD-модели

Первое первое, вам нужно создать CAD-модель-черновик для вашей намеченной формы детали. CAD означает Computer Aided Design (Компьютерно-основанное проектирование). Как следует из названия, CAD-софт помогает в создании 2-D или 3-D модели для всего, что у вас на уме.

Прочитайте наши советы и трюки по подготовке CAD-моделей и чертежей для ЧПУ-фрезеровки.

2. Конвертация CAD в ЧПУ

ЧПУ-фрезеровочный станок не распознает CAD-модель напрямую. Однако вы можете конвертировать CAD-модель в ЧПУ-программу очень легко. Эти функции уже присутствуют в большинстве CAD-софта.

3. Настройка ЧПУ-фрезеровочных станков

Перед запуском программы важно правильно настроить станок и заготовку. Конкретные шаги настройки ЧПУ-станка могут варьироваться в зависимости от разных производителей и моделей.

4. Выполнение программы

Как только станок правильно настроен, оператор может выполнить программу ЧПУ-станка. Весь процесс фрезеровки, следующий за этим, будет сделан автоматически. После завершения выполнения программы, требуемая деталь будет создана станком.

Каковы разные методы ЧПУ-фрезеровки?

Из-за широкого применения процесса ЧПУ-обработки, это теперь не одиночный процесс, а, в самом деле, большая область сама по себе. Существует много разных форм операций ЧПУ-фрезеровки. Эти разные методы ЧПУ-фрезеровки включают:

Плоская фрезеровка (Plain Milling):

Плоская фрезеровка — самый популярный процесс фрезеровки. В плоской фрезеровке цель — создать плоские поверхности, параллельные осям вращения режущего инструмента.

Угловая фрезеровка (Angular Milling):

В угловой фрезеровке фрезеровка происходит путем удаления материала с плоской поверхности с резцом, режущим заготовку под углом, не являющимся прямым. Для лучшего понимания подумайте об этом как об угловом резе, удаляющем материал из заготовки.

Фронтальная фрезеровка (Face Milling):

В фронтальной фрезеровке обрабатываемая заготовка находится под прямым углом к осям вращения резца. Этот процесс фрезеровки обычно применяется для обработки торцов прутков и пластин.

Форменная фрезеровка (Form Milling):

Процесс форменной фрезеровки применяется к обработке заготовки для создания неправильных поверхностей, таких как кривые. В форменной фрезеровке форма резца такая же, как требуемая форма контуров.

Другие операции ЧПУ-фрезеровки

Помимо этих распространенных процессов ЧПУ-фрезеровки, есть еще некоторые методы для создания специализированных деталей. Эти методы включают:

Групповая фрезеровка (Gang Milling):

В групповой фрезеровке два или более режущих инструмента монтируются на одной шпиндельной оси (arbor). Каждый резец работает индивидуально на заготовке, увеличивая производительность. Резацы могут варьироваться по форме и размеру.

Струнная фрезеровка (Straddle Milling):

Струнная фрезеровка — специализированная форма групповой фрезеровки. В струнной фрезеровке два или более режущих инструмента монтируются параллельно друг другу. Эти резацы работают на лице и сторонах заготовки одновременно.

Шестеренная фрезеровка (Gear Milling):

Шестеренная фрезеровка также известна как резание шестерен. Это очень нишевая форма фрезеровки, применяемая для создания шестерен. Она использует изогнутые резацы для удаления материалов от намеченного расстояния зубьев шестерни.

Профильная фрезеровка (Profile Milling):

Профильная фрезеровка используется для завершения процесса формовки, включая работу на вертикальных или наклонных поверхностях. Этот процесс ЧПУ-фрезеровки также используется для финишной обработки выпуклых и вогнутых поверхностей заготовки.

Оборудование и компоненты процесса ЧПУ-фрезеровки

Вот разные компоненты, через которые вы пройдете в течение всего процесса ЧПУ-фрезеровки:

Поддерживающее ПО

Как мы упоминали в предыдущих разделах, проектирование ЧПУ-модели требует использования ПО Computer Aided Design (CAD) и Computer Aided Manufacturing (CAM). CAD делает работу по проектированию детали, а CAM — работу по тому, чтобы ЧПУ-станок понял дизайн.

Компоненты ЧПУ-фрезеровочного станка

Очевидно, ЧПУ-фрезеровка не может быть завершена без ЧПУ-фрезеровочного станка. Существует много разных типов фрезеровочных станков. Компоненты станка могут варьироваться в зависимости от используемой модели.

В общем, вы найдете следующие компоненты во всех ЧПУ-фрезеровочных станках:

• Рабочий стол (Worktable): Держит заготовку, требующую ЧПУ-фрезеровки. В общем, заготовка закрепляется на рабочем столе зажимным устройством.
• Консоль (Saddle): Находится под рабочим столом для поддержки. Консоль также обеспечивает движение рабочего стола параллельно оси шпинделя.
• Шпиндель (Spindle): Держит режущий инструмент (также известный как режущий инструмент) и отвечает за движение режущего инструмента.
• Шпиндельная ось (Arbor): Ось, проходящая через шпиндель. В случае групповой и струнной фрезеровки несколько режущих инструментов могут быть смонтированы на одной оси. Оси бывают многих разных форм и размеров, их использование зависит от требования и типа фрезеровочного станка.
• Рама (Ram): Рама не присутствует во всех фрезеровочных станках. Обычно видна в вертикальных фрезеровочных станках и угловых фрезеровочных станках. Обеспечивает поддержку шпинделя. Рама может быть отрегулирована в разных позициях для разных режущих требований.
• Станочные инструменты (Machine Tools): Станочный инструмент или режущий инструмент — компонент для удаления материала из заготовки. Существует много разных типов режущих инструментов, которые мы рассмотрим вскоре.
• Интерфейс (Interface): Машинный интерфейс — цифровая консоль на ЧПУ-фрезеровочном станке. Оператор использует интерфейс для загрузки и выполнения программ и выполнения базовых операций ЧПУ-фрезеровки.
• Колено (Knee): Находится под консолью для поддержки. Колено может быть отрегулировано в позиции вертикально. Поднятое или опущенное колено дает возможность регулировать высоту заготовки для разных фрезеровочных требований.
• Колонна (Column): Колонну можно видеть как скелет всего ЧПУ-фрезеровочного станка. Обеспечивает механическую прочность станка, удерживая всю сборку вместе. Колонна может иметь дополнительные секции внутри для удержания охлаждающего масла и других сборок.

Каковы разные типы режущих инструментов для ЧПУ-фрезеровочных станков?

ЧПУ-фрезеровка имеет такие широкие применения, что существует много разных типов режущих инструментов для разных заданий. Некоторые из этих режущих инструментов:

• Концевая фреза (End Mills)
• Фронтальная фреза (Face Mills)
• Цилиндрическая фреза (Slab Milling)
• Лепестковая фреза (Fly Cutter)
• Шаровая фреза (Ball Cutter)
• Многоточечные режущие инструменты (Multi-Point Cutting Tools)
• Полый фрез (Hollow Mill Cutter)
• Эвольвентный зубчатый фрез (Involute Gear Cutter)
• Резьбовый режущий инструмент (Threads Cutting Tool)
• Съедобные и фасонные фрезы (Slide and Face Cutters)
• Гоббинговый фрез (Hobbling Cutter Tool)
• Ласточкин хвост фрезы (Dovetails Cutter Tools)
• Черновиковые концевые фрезы (Roughing End Mills)

Каковы разные типы ЧПУ-фрезеровочных станков?

Вот краткий обзор разных типов операций ЧПУ-фрезеровки в использовании.

Горизонтальная фрезеровка

В горизонтальных машинах шпиндель присутствует параллельно поверхности заготовки. Она может создавать плоские поверхности, плоскости, наклонные плоскости и пазы на заготовке.

Вертикальная фрезеровка

Вертикальные фрезеровочные операции можно считать операцией сверления, так как шпиндель присутствует перпендикулярно неподвижной заготовке или плоской движущейся поверхности заготовки.

Для большей информации о процессе можно проверить наше сравнение горизонтальных и вертикальных фрезеровочных станков.

Многоосевая фрезеровка

В многоосевой фрезеровке режущий инструмент может двигаться в четырех или более направлениях.

В случае 5 направлений станок называется 5-осевым. Чем выше ось, тем более сложные детали могут быть созданы.

Колонно-коленная фрезеровка

Колонно-коленные фрезеровочные станки также называются переменно-скоростными фрезеровочными станками. В этих машинах есть очень точное вертикальное движение колонно-коленной сборки, используемое для точной вертикальной фрезеровочной операции.

Рамная фрезеровочная машина

В рамовой фрезеровочной машине режущий инструмент может двигаться по горизонтальной оси в вперед или назад направлении. Это достигается подвижной рамой, присоединенной к шпинделю.

Фрезеровочный станок с неподвижной станиной

В этих машинах нет движения колонны, колена или консоли. Неподвижная заготовка находится на рабочем столе, напрямую смонтированном на станине станка. Из-за простого дизайна эти машины обычно дешевле других.

Планерная фрезеровка

В планерной фрезеровке режущее действие происходит в одной плоскости линейным относительным движением заготовки и режущего инструмента. Эти фрезеровочные станки используются для создания плоских поверхностей.

Чтобы принять решение о том, какой фрезеровочный станок вам нужен, можно прочитать наше детальное руководство об этом.

Каковы применения и использование ЧПУ-фрезеровочного станка?

Чтобы иметь точное представление о применениях ЧПУ-обработки, давайте разделим обсуждение на две части — материалы, которые она поддерживает, и отрасли, которые прямо или косвенно используют процесс.

Вы уже знакомы с тем, что такое ЧПУ-фрезеровка. Она используется для формовки деталей и придания им формы согласно требованиям. Вот материалы, к которым можно применить процесс ЧПУ-фрезеровки:

Материалы, совместимые с ЧПУ-фрезеровкой

Металлы — один из самых распространенных материалов, проходящих процесс фрезеровки. Металлы плавятся при очень высоких температурах, делая их бесполезными для процессов вроде 3D-печати. Поэтому ЧПУ-фрезеровка — лучший способ формовки металлов.

Пластики и эластомеры также хорошо работают с ЧПУ-фрезеровкой благодаря своим физическим и химическим свойствам. Использование высокотемпературных методов для пластиков часто меняет их химический состав. Кроме того, они также выделяют токсичные дымы при нагревании. Поэтому процесс вроде ЧПУ-фрезеровки, где нет тепла, идеален для этих материалов.

Керамика и композиты часто имеют свойства температурного сопротивления, делая их непригодными для 3D-печати и литейных процессов. ЧПУ-фрезеровка работает лучше для этих материалов, так как может работать без вреда для материалов.

Многие люди не знают этого, но вы также можете обрабатывать стекло с помощью процесса ЧПУ-фрезеровки. Стекло хрупко и может легко ломаться с другими процессами формовки. Поэтому использование ЧПУ-фрезеровки с подходящим режущим инструментом — хороший выбор для таких материалов.

Для более конкретных материалов и случаев использования проверьте наше руководство по материалу ЧПУ-фрезеровки и как выбрать один для вашего приложения.

Отрасли, использующие ЧПУ-фрезеровочные станки

Вы удивитесь количеству отраслей, использующих процесс ЧПУ-фрезеровки.

Конечно, это удивление уляжется, когда вы прочитаете о преимуществах ЧПУ-фрезеровки над другими альтернативами в следующем разделе.

Один из самых популярных способов использования ЧПУ-технологии — быстрое прототипирование, предоставляющее дизайнерам и инженерам быстрый и надежный способ увидеть, как продукт или деталь выглядит на разных стадиях разработки.

Некоторые отрасли, использующие ЧПУ-фрезеровку:

Автомобилестроение

Автомобильные отрасли требуют много кастомных производственных услуг для деталей, идущих в транспортное средство. Эти детали создаются с помощью ЧПУ-фрезеровочных станков для производственных процессов и ремонтов.

Аэрокосмическая

Из-за экстремально высокой точности ЧПУ-фрезеровочных услуг, понятно, почему они стали широко используемыми в аэрокосмической отрасли, где технология играет решающую роль в производстве широкого круга деталей, используемых для обеспечения безопасности и правильной работы летательных аппаратов.

Аэрокосмическая отрасль работает со многими специализированными материалами, имеющими очень высокую твердость и сопротивление высоким температурам. Для формовки этих материалов отрасль сильно полагается на ЧПУ-фрезеровочные станки.

Некоторые детали, производимые с помощью ЧПУ-технологии, включают компоненты двигателей, компоненты шасси и топливные панели.

Металлообработка

ЧПУ-фрезеровочный станок — хребет любой металлообрабатывающей отрасли. ЧПУ-станок быстрый, автоматический, а также эффективный. Кроме того, он может работать на всем спектре металлов. Поэтому вы найдете фрезеровочный станок в каждой металлообрабатывающей мастерской.

Сельское хозяйство

Сельскохозяйственное оборудование требует много крупногабаритных кастомных инструментов и компонентов. Они создаются с помощью кастомных производственных услуг ЧПУ-фрезеровочного станка.

Электроника

Высокая универсальность и точность ЧПУ-фрезеровочного станка делают его идеальным для электроники. ЧПУ-фрезеровочный станок не только формрует проводники и металлы, необходимые для передачи, но также полимерные платы, в которых эти проводники размещаются.

Медицина

В медицинском секторе специализированные детали требуются не только для диагностики, но также для приложений вроде протезирования. Они создаются с помощью ЧПУ-фрезеровки, используя соответствующие дизайны.

ЧПУ-обработка позволяет производить детали и инструменты из многих марок титана и нержавеющей стали, которые часто используются в изготовлении скальпелей, медицинских приборов и имплантатов.

Обороно-промышленный комплекс

ЧПУ-фрезеровка также используется для создания военных компонентов. Фактически, самое раннее применение процесса фрезеровки использовалось для производства оружия. Даже прототипы оборонных деталей делаются с помощью ЧПУ-фрезеровочного станка.

Помимо этих отраслей, ЧПУ-фрезеровка также применяется в секторах вроде горнодобывающей, нефти и газа, автоматизации, энергетики и т.д.

Главные преимущества ЧПУ-фрезеровки

Существует бесчисленное множество причин, почему технология ЧПУ-фрезеровки широко считается одной из самых надежных способов производства деталей из различных материалов.

Давайте посмотрим на некоторые из самых значимых преимуществ этой технологии ниже.

Высокая производительность

ЧПУ-фрезеровка — автоматизированный процесс, и нет человеческих ограничений на скорость, с которой может двигаться режущий инструмент. Это создает высокую производительность, бесподобную другими производственными процессами.

Непревзойденная точность

Точность и прецизность, с которой ЧПУ-фрезеровка может работать, вторых нет во всем мире, поэтому она используется в областях вроде аэрокосмики и медицины, где нужен каждый деталь исполнен без малейшей ошибки.

Используя цифровой шаблон и автономную обработку, на которых основана ЧПУ-фрезеровка, человеческая ошибка исключается из производственного процесса, и производимая точность настолько близка к совершенству, насколько это возможно сегодня.

Долговечность

Потому что ЧПУ-фрезеровочные станки могут работать практически на автопилоте и не требуют много человеческого участия в процессе, они могут работать без остановки дни, производя детали последовательно и с той же точностью.

Единственное время, когда ЧПУ-станки нужно останавливать — когда им требуется регулярное обслуживание или если происходит авария.

Меньше персонала

Автоматизированный процесс, на котором основана ЧПУ-фрезеровка, также означает, что меньше людей требуется для мониторинга и управления им, что приводит не только к повышению эффективности, но и к снижению производственных затрат.

Несколько квалифицированных специалистов — все, что нужно для надзора за всем процессом, что означает лучшую стоимостную эффективность для конечного клиента.

Продвинутые возможности

Из-за продвинутого ПО автоматизации и дизайна, ЧПУ-фрезеровочные станки могут перевыполнять самых квалифицированных техников, работающих на ручных станках, даже если производственный процесс сам по себе похож.

Это означает не только лучшую последовательность и устранение человеческой ошибки, но также способность производить дизайны, которые намного более сложны, с варьирующимися размерами, формами и даже текстурами.

Последовательность

Поскольку процесс за ЧПУ-фрезеровкой в основном автоматизирован, он производит замечательную последовательность, даже если персонал, управляющий инструментами, меняется.

Как только мастер-файл дизайна создан, он может использоваться для создания неограниченного числа копий, которые все будут одного качества и без отклонений. Каждая деталь будет идеальным совпадением с предыдущей версией, что очень трудно достичь даже для самых квалифицированных ручных операторов.

Масштабируемость

ЧПУ-фрезеровка — очень масштабируемое решение. Метод может быть принят отраслями любого размера. Если вы используете его для своей мастерской, процесс может расти по мере роста размера вашей мастерской. Кроме того, ЧПУ-фрезеровочный станок может быть применен к деталям всех форм и размеров.

Сколько стоит ЧПУ-фрезеровочный станок?

Существует много параметров, влияющих на стоимость ЧПУ-фрезеровочных станков. Из-за этого диапазон цен на эти машины очень высок.

Например, вы можете найти небольшую горизонтальную фрезеровочную машину за $10,000. В то же время есть большие ЧПУ-станки с продвинутыми признаками, где цены могут идти вверх от $300,000.

Для детального представления о том, сколько будет стоить ЧПУ-фрезеровочный станок на основе ваших требований, вы можете наше детальное руководство о цене ЧПУ-фрезеровочного оборудования.

ЧПУ-фрезеровка против 3D-печати

Чтобы понять, насколько хорошо ЧПУ-фрезеровка держится против других альтернатив, давайте сделаем детальное сравнение ЧПУ-фрезеровки с ее ближайшим конкурентом — 3D-печатью.

Основы

Первое первое, базовый принцип ЧПУ-фрезеровки и 3D-печати полностью противоположен. 3D-печать — аддитивный производственный процесс. Это значит, что она работает, создавая деталь путем добавления материала слой за слоем, обычно путем плавления нити материала.

С другой стороны, процесс ЧПУ-обработки — субтрактивный производственный процесс. Это значит, что он начинается с блока материала и создает требуемую деталь путем удаления материала из этого блока.

Универсальность

Поскольку 3D-печать работает путем плавления нити материала и использования его для изготовления деталей, она работает только для специальных типов полимерных материалов, способных выдержать процесс. С другой стороны, ЧПУ-фрезеровка — очень универсальный процесс и может быть применена к широкому кругу материалов.

Простота использования

И ЧПУ-станок, и 3D-печать требуют софт для создания исходного дизайна для машины. Однако ЧПУ-производство требует выбора между разными инструментами и настройки этих инструментов, и разных позиционных настроек.

3D-печать не имеет обширных требований к настройке. Поэтому 3D-печать считается более простым процессом, в то время как фрезеровка требует квалифицированного оператора.

Точность

Относительная точность фрезеровки против 3D-печати может варьироваться в зависимости от того, какую модель каждого вы выберете. Большинство ЧПУ-фрезеровочных станков обычно имеют превосходную точность над 3D-печатью. Однако есть многие формы и геометрии, которые могут быть созданы только с 3D-печатью.

Стоимость

Будет ли фрезеровка или 3D-печать дешевле — зависит от того, что вы требуете от машины. Для больших требований фрезеровка — дешевле вариант. Однако для прототипов и мелких требований 3D-печать имеет тенденцию быть более эффективной стоимостно.

Как выбирать услуги ЧПУ-фрезеровки?

ЧПУ-фрезеровка может быть невероятно полезной для широкого круга проектов. Тем не менее, чтобы воспользоваться перечисленными выше преимуществами, вы должны уделить время поиску надежной компании для работы.

На самом деле существует широкий круг операций ЧПУ-обработки, предлагаемых компаниями со всего мира, поэтому вам нужно иметь хотя бы базовое понимание того, что вам нужно, прежде чем обращаться к потенциальным кандидатам.

Во-первых, у вас должны быть хотя бы некоторые идеи о типах деталей, которые вы хотите произвести, или о видах инструментов, которые вам понадобятся. Если у вас их нет, у вас будет труднее сузить список компаний, которые смогут предоставить вам необходимые услуги ЧПУ-фрезеровки.

Альтернативно, вы могли бы обратиться к репутабельной компании, имеющей обширный опыт и предлагающей круг услуг, так как они могли бы помочь консультировать вас, чтобы определить лучший курс действий в вашей ситуации.

Поскольку технология и экспертиза, требуемые в проектах ЧПУ-фрезеровки, высоки, необходимо искать компании с необходимым опытом, а также с твердой репутацией.

Пройдитесь по отзывам и рецензиям предыдущих клиентов и посмотрите, какие типы опыта они имели с компанией, а также какие проблемы они смогли решить.

Когда вы сузили список выбора до около пяти компаний, обратитесь к ним и задайте вопросы о их подходе, их предложениях для вашего проекта, цене за выполнение и всем остальном, что вы считаете релевантным.

Довольно много компаний предлагают услуги ЧПУ-фрезеровки, но в то время как нахождение разумной цены важно, оно не должно идти за счет низкого качества.

Заключение

ЧПУ-фрезеровка — один из лучших подарков, которые современная технология дала нам. Она дает нам беспрецедентные темпы производства, высокую точность, высокое качество отделки и способность работать со всеми материалами.

Если вам требуется любой тип операций ЧПУ-обработки для вашего следующего проекта, вы можете связаться с 3ERP. Она предоставляет надежные услуги обработки и производства с быстрыми темпами доставки и наименьшими затратами.