CNC-обработка объяснена: полное руководство для современного производства

 

Числовое управление с программным управлением (CNC) обработка стала все более распространенной в производстве. Технология CNC предлагает универсальный, автоматизированный способ производства больших объемов высококачественных деталей. Высокие уровни точности и повторяемости, предлагаемые процессами CNC-обработки, делают ее идеальным инструментом для большинства производителей.

Что такое CNC-обработка?

В общем, CNC-обработка относится к одному из многих редуктивных процессов, которые убирают материал с заготовки для выполнения дизайна. CNC-процессы используют компьютерное управление для обработки всего процесса обработки от начала до конца, в конечном счете производя последовательно точные детали. CNC-оборудование может следовать одним и тем же наборам инструкций снова и снова для облегчения малых или больших производственных запусков идентичных изделий.

CNC-станки бывают множества видов и уровней сложности. Некоторые станки могут держать несколько инструментов одновременно или работать вдоль осей X, Y и Z для удаления лишнего материала с любой стороны или под любым углом.

CNC-обработка используется для создания деталей и компонентов для почти каждой отрасли и приложения. Это включает аэрокосмическую отрасль и другие высоко сложные отрасли, которым нужна обработка больших деталей. Производители могут использовать этот процесс на субстратах, таких как:

• Композитные материалы
• Пена
• Стекло
• Металлы
• Пластик
• Дерево

CNC-обработка особенно выгодна благодаря своей автоматизированной функциональности. Автоматизация позволяет станкам работать самостоятельно, требуя меньше человеческого труда для производства точных деталей. Растущий дефицит квалифицированных токаров и рабочих в отрасли был основным вкладчиком в развитие технологии CNC в последние годы.

Три производственных процесса

Вообще говоря, существует три типа производственных процессов:

• Редуктивные. Редуктивные или субтрактивные процессы, как обработка, убирают материал с заготовки для создания дизайна.
• Аддитивные. Аддитивные производственные процессы комбинируют или собирают разные элементы вместе для создания готового продукта. 3D-печать — самая распространенная форма аддитивного производства.
• Формативные. Формативное производство гнет или иным образом меняет форму субстрата для соответствия требованиям дизайна. Формативное производство включает процессы вроде литье под давлением, где субстрат расплавляется и затем прессуется в форму для удержания определенной формы. Оно также включает многие процессы формовки металла, такие как гнетание или прокатка.

Обзор процесса CNC-обработки

Предшественник CNC-обработки — числовое управление (NC) обработка — использовала перфокарты и рудиментарные команды. CNC-обработка следует более сложным командам и использует большее разнообразие управлений. Эти системы обе инструктируют режущие и формовочные инструменты, которые удаляют, но CNC-оборудование может следовать сложным, индивидуализированным наборам инструкций, исходящим из сложных CAD или CAM дизайнов.

Различное CNC-оборудование может обрабатывать разные инструменты, возможности и операции. Процесс CNC-обработки обычно включает эти общие шаги:

1. Проектирование CAD-модели

Прежде чем начнется процесс CNC-обработки, производителям нужно создать дизайн продукта. Программное обеспечение компьютерного проектирования (CAD) может использоваться для создания детальных двухмерных (2D) или трехмерных (3D) моделей. Эти файлы дизайна включают детали такие как геометрия, размеры и другие технические спецификации деталей. CAD-ПО учитывает ограничения процессов обработки и свойства выбранных материалов.

Например, если дизайн содержит отверстия, сформированные цилиндрическими инструментами, CAD-ПО может информировать инженеров-проектировщиков, когда дизайны слишком сложны для данного субстрата или выявлять потенциальные проблемы из-за ограничений в выбранном процессе. Эти автоматизированные проверки помогают CAD/CAM сервисам проектирования и инженерам избегать многих потенциальных ошибок в процессе рендеринга, так что этап прототипирования более эффективен.

2. Конвертация CAD-файлов в используемые CNC-инструкции

После завершения дизайна, спецификации дизайна нужно перевести в направления, которым могут следовать CNC-станки. CAD-файлы прогоняются через программное обеспечение компьютерного производства (CAM). Эти программы создают программный код, который CNC-станки используют для направления инструментов в производственном процессе. Это ПО также извлекает информацию о геометрии детали, которую операторы могут использовать для обеспечения того, что исходная заготовка имеет правильные размеры и ориентацию.

Эти CNC-совместимые наборы инструкций обычно в одном из двух типов файлов: STEP или IGES. Они включают языки программирования такие как G-код и M-код, которые каждый обрабатывает специфические области функциональности станочного инструмента. G-код операции фокусируются на фактической работе инструментов, таких как их скорость, направление движения и насколько далеко они двигаются. M-код операции фокусируются на различных операциях, таких как включение и выключение и другие вспомогательные функции.

3. Подготовка CNC-станка

Человеческие операторы играют гораздо меньшую роль в автоматизированном производстве, чем в ручном, но они все еще обрабатывают важные операции, которые машины не могут управлять. Это включает:

• Загрузку файла CNC-программы в станок
• Установку заготовки в шпиндели или тиски станка, чтобы станок мог манипулировать заготовкой
• Установку указанных инструментов обработки
• Инспекцию рабочей зоны, станка и заготовки

4. Выполнение операций

После подготовки оборудования и запуска программы, CNC-оборудование выполняет шаги и проводит операции обработки на заготовке. Программа может завершить необходимые редуктивные процессы от начала до конца без дальнейшего ввода оператора. После завершения инструкций деталь может продолжить через процессы финишной обработки и упаковки.

Типы операций CNC-обработки

CNC-обработка — очень широкая категория возможных операций и процессов. Среди операций CNC-обработки сверление, фрезерование и токарная обработка — самые распространенные.

Сверление

Процессы сверления используют сверла с диаметром того же размера, что и диаметр желаемого отверстия. Обрабатывающее оборудование вставляет вращающееся сверло перпендикулярно в заготовку до тех пор, пока не просверлит отверстие заранее определенной длины. Более сложное оборудование может производить угловые отверстия, и сверлильные инструменты могут предоставлять возможности такие как:

• Разверстование
• Зенкование
• Развертывание
• Резьбонарезание

Фрезерование

Процесс фрезерования удаляет срезы материала с заготовки путем движения материала против вращающегося режущего ребра. Инструменты имеют множественные режущие точки, и каждый инструмент вращается, чтобы обеспечить острую режущую поверхность с разной длиной и формой. Когда заготовка прессуется к фрезерным инструментам, тонкие полосы или срезы материала удаляются с существующего края. Это может создавать неглубокие срезы, широкие срезы или плоскодонные полости для формирования детали. Периферийные процессы фрезерования могут резать глубже для создания пазов или резьбы в общую форму детали.

Токарная обработка

Процессы токарной обработки вращают заготовку вместо режущего инструмента. Они включают режущие процессы такие как растачивание, канавкование и затычкование. Они срезают лишний материал с заготовки, используя одн-точечные режущие инструменты, точно применяемые к вращающейся заготовке. Токарная обработка создает цилиндрические детали, имеющие указанный диаметр. Токарная обработка может создавать линейные особенности как внутри, так и на внешнем краю деталей. Эти особенности включают:

• Пазы
• Резьбы
• Конусы

Преимущества CNC-обработки

Многие производители предпочитают процессы обработки, потому что они создают детали или компоненты из одной заготовки. CNC-обработка имеет несколько дополнительных преимуществ. Эти включают:

• Повышенная производительность. Объекты с CNC-обработкой могут производить детали 24/7. Станки могут работать непрерывно с малым или нулевым человеческим вмешательством. Станки также требуют меньше места, чем рабочие станции или установки для ручной обработки, так что объект с заданной площадью может иметь больше станков, работающих одновременно.
• Высокая степень точности. CNC-обработка использует высокодетализированные программные операции. Станки следуют этим инструкциям без допуска любого нежелательного вариации или человеческой ошибки. Детали будут высокого качества, точными и идентичными. CNC-обработка также может производить детали со сложными, изощренными дизайнами.
• Более быстрое завершение проекта. Каждый процесс CNC-обработки начинается с CAD-дизайна, так что процесс прототипирования будет намного быстрее. ПО ловит или предотвращает многие возможные дефекты дизайна или потенциальные риски с разными материалами. Когда процессы прототипирования и тестирования сокращены, продукты могут переходить от дизайна в производство быстрее. Инструкции CNC-обработки также могут быть быстро модифицированы или заменены, так что задержка между изменениями в производственных запусках минимальна.
• Экономическая эффективность. CAD-файлы дизайна и сниженные риски производственных ошибок снижают затраты на единицу производства. CNC-обработка также требует меньше человеческого труда, что дополнительно снижает цену производства продуктов.

CNC-обработка от Pro-Type Manufacturing

Для клиентов, ищущих полное производственное решение, Pro-Type Industries, Incorporated предлагает уровень ценности и гибкости процесса, который беспрецедентен в отрасли. Мы эксплуатируем современный объект, оснащенный некоторыми из самых передовых систем CNC-обработки, доступных.

Это высококрутящиеся, высокооборотные системы, которые доставляют точность и производительность все в одном пакете. Один пример — наш 550-мм Toyoda CNC 4-осевой горизонтальный фрезерный станок. Эта современная система обладает скоростями шпинделя до 15 000 об/мин, доставляемыми через 30-л.с. мотор. С рабочим кубом 30" и позиционированием 2400" в минуту, он может пробивать материалы такие как алюминий, сталь и пластики на высоких скоростях с максимальной точностью. Он также позволяет нам работать с труднобрабатываемыми материалами такими как Инконел, Инвар, Монель и различные суперсплавы.

Однако это только одна из наших многих систем точной обработки. Мы также эксплуатируем четыре CNC-вертикальных фрезерных станка, которые могут принимать заготовки до 64" на 32" на 25", два горизонтальных фрезерных станка, оснащенные множеством паллет, и высокопроизводительный CNC-токарный станок с автоподачей прутка, подшипниковым шпинделем и живым инструментом. В руках нашей команды опытных токаров, эти высокоточные станки могут доставлять допуски в пределах ±0.0005". Все эти возможности и ресурсы усилены внутренним изготовлением всей оснастки и приспособлений, давая нам еще больший контроль над производительностью.

Через наши почти 50 лет как производитель, мы узнали, что мало требований проектов состоят только из обработки. Чтобы добавить еще больше ценности нашим сервисным предложениям, мы также предоставляем ценностные услуги такие как:

• Сварка
• Травление
• Хроматирование
• Пассивация
• Полная сборка
• Комплексные размерные отчеты
• Прослеживаемость материалов

Вся наша работа подкреплена надежной системой управления качеством ISO 9001 и культурой, которая распространяется на каждую часть нашей организации.

От единичного прототипа до крупных заказов на многие месяцы или дольше, ключ к нашему успеху — наша способность предоставлять тот же уровень ценности и качества независимо от размера запуска или сложности дизайна. Чтобы узнать больше обо всех наших производственных возможностях или запросить котировку, свяжитесь с нами напрямую.