CNC-обработка: основные процессы, операции и преимущества

Современное производственное дело требует процессов и техник, гарантирующих точность и точность из-за растущей сложности проектирования продуктов. Следовательно, наблюдается ускоренное развитие и инновации в производственных технологиях, особенно внедрение автоматизации.

Благодаря автоматизации CNC-обработка стала широко распространенным производственным процессом, известным своей точностью, точностью и способностью создавать сложные конструкции. В этой статье мы рассмотрим основы CNC-обработки, её процесс, применение и преимущества.

Что означает компьютерное числовое управление (CNC)?

Компьютерное числовое управление (CNC) предполагает управление станочным инструментом с помощью микрокомпьютера, подключенного к инструменту. Микрокомпьютер выполняет это, реагируя на язык программирования, называемый G-код и M-код, который содержит инструкции по параметрам обработки: скорость подачи, скорость шпинделя, режущий инструмент и подача охлаждающей жидкости.

Затем микрокомпьютер передает инструкции станочному инструменту. Таким образом, CNC-обработка не требует ручного управления, что делает её подходящей для создания деталей без ошибок независимо от сложности конструкции продукта.

Что такое CNC-обработка?

CNC-обработка — это субтрактивный производственный процесс, который заключается в удалении части заготовки с использованием инструкций из CAD-модели для изготовления продукта. Станок с ЧПУ удаляет материал заготовки операциями обработки, такими как токарная, сверление или фрезерная, в соответствии с кодами (G-код и M-код), полученными из CAD-модели и содержащими инструкции по параметрам обработки.

Процесс CNC-обработки совместим с множеством металлов, пластмасс, дерева и композитных материалов. Наряду с аддитивными и формообразовательными процессами, такими как 3D-печать и литье под давлением, он является основным методом производства деталей. Однако CNC-обработка имеет преимущества перед этими методами, такие как высокая допустимость. Продолжим чтение.

4 основных этапа процесса CNC-обработки

Существует четыре базовых этапа CNC-обработки, независимо от вашего конкретного процесса. Ниже приведена пошаговая процедура их общего функционирования:

Этап 1: Подготовка CAD-модели

Это включает создание 2D- или 3D-модели дизайна продукта. Для этого процесса существует много программного обеспечения, популярными из которых являются AutoCAD и SolidWorks. Кроме того, возможно преобразование 2D-дизайнов в 3D в зависимости от требований продукта.

Хотя некоторые конструкции продуктов могут быть простыми, подготовка некоторых CAD-моделей может требовать продвинутых знаний, особенно для сложных конструкций.

CAD-модель должна быть правильно спроектирована и легко показывать оператору критические особенности, такие как допуски, конструирующие линии, резьбы и другие параметры для эффективной операции обработки.

Этап 2: Преобразование в формат, совместимый с CNC

Станки с ЧПУ не понимают CAD-модель напрямую. Поэтому необходимо преобразовать CAD-модель в формат, совместимый с CNC, чтобы станок мог её интерпретировать. Для этого этапа можно использовать CAM-программное обеспечение, такое как AutoCAD, Fusion 360 или другие онлайн-сервисы.

Это программное обеспечение может преобразовать в формат, совместимый с CNC, и даст станку инструкции по таким параметрам, как вращательное и линейное движение, последовательность резания, траектория инструмента, заготовка, скорость станка и т.д., связанные с операцией обработки.

Этап 3: Настройка и запуск

Это включает выбор правильного типа станка с ЧПУ и настройку определенных операций перед началом обработки. Выбор правильного станка зависит от заготовки, сложности конструкции продукта и стоимости. После этого заготовка устанавливается на станок.

Этап 4: Обработка детали

Оператор устанавливает необходимые режущие инструменты и запускает процесс. Процесс автоматизирован и будет работать до завершения по программе компьютера. Во время и после процесса обработки наладчики проводят несколько уровней инспекции для обеспечения качества.

Важная роль наладчиков в CNC-обработке

Хотя процесс CNC-обработки автоматизирован, существуют наладчики для устранения предвидимых и непредвидимых неисправностей. Ниже приведены важные роли наладчиков CNC:

• Определение спецификаций продукта.
• Чтение чертежей, эскизов и файлов CAD/CAM.
• Создание CAE-моделей.
• Выравнивание и регулировка режущих инструментов и других материалов станка.
• Установка, использование и демонтаж режущих инструментов CNC-станка.
• Наблюдение за скоростью станка.
• Инспекция и испытание готовых изделий на предмет дефектов.
• Обеспечение соответствия детали CAD-модели.

Типы станков с ЧПУ

Каждый процесс CNC-обработки имеет свой станок. Например, станки для CNC-фрезеровки называются фрезерными станками с ЧПУ, а для токарной обработки — токарными станками с ЧПУ. Однако тип станков с ЧПУ больше определяется осями, по которым они могут перемещаться и вращаться. Вот распространенные типы, используемые в производстве деталей:

2-осевые станки с ЧПУ

2-осевые станки с ЧПУ могут обрабатывать деталь только по осям X и Z, то есть вертикально и горизонтально. Поэтому они являются самыми простыми станками с ЧПУ, используемыми в производстве деталей.

3-осевые станки с ЧПУ

3-осевые станки с ЧПУ делают шаг вперед по сравнению с 2-осевыми, так как они могут перемещаться по осям X, Y и Z. Это наиболее распространенные станки, используемые в CNC-обработке. Однако может быть ограничение в способности обрабатывать детали со сложным дизайном из-за отсутствия вращения.

4-осевые станки с ЧПУ

4-осевой станок с ЧПУ имеет шпиндель, который может перемещаться вдоль трех осей. Простыми словами, станок может двигаться вверх и вниз, влево и вправо, вперед и назад, а также вращаться вокруг осей X и A. Все это происходит без перемещения заготовки. Это наиболее распространенные станки для обработки сложных деталей благодаря их скорости, точности и точности.

5-осевые станки с ЧПУ

5-осевой станок с ЧПУ имеет шпиндель и режущий инструмент, которые могут двигаться аналогично 4-осевому станку. Однако, в отличие от 4-осевого, они могут вращаться вокруг любых двух из трех осей. Они считаются наиболее полными многоосевыми станками с ЧПУ благодаря способности подходить к заготовке со всех сторон без ручной переустановки во время обработки. 5-осевая CNC-обработка обеспечивает идеальные операции по точным и сложным деталям.

3 распространенных вспомогательных программного обеспечения для CNC-обработки

В зависимости от требований процесса CNC-обработки, каждый процесс использует одно или несколько из перечисленных ниже программ:

1. CAD-программное обеспечение

CAD-программное обеспечение позволяет оператору создавать 2D- и 3D-модели физических компонентов, используемых в проектировании и производстве продуктов. Кроме того, они обеспечивают передачу проектных данных производителям. Примеры: AutoCAD (2D и 3D), Inventor (3D), Blender, SketchUp.

2. CAM-программное обеспечение

CAM-программное обеспечение подходит для создания G-кодов из CAD-моделей для управления станками с ЧПУ. Следовательно, станок с ЧПУ получает автоматизацию. Основные примеры: Fusion 360, SolidWorks, AutoCAD.

3. CAE-программное обеспечение

CAE-программное обеспечение позволяет конструкторам продукта моделировать производительность предполагаемого продукта. Следовательно, они могут улучшить конструкции продуктов и помогают инженерам решать инженерные задачи. Примеры: метод конечных элементов, динамика твердых тел, вычислительная гидродинамика.

Различные типы операций CNC-обработки

CNC-обработка включает несколько техник, подразумевающих субтрактивное удаление части заготовки для изготовления предполагаемого продукта. Однако стиль удаления зависит от процесса. Распространенные операции CNC-обработки, используемые в производстве деталей, включают:

CNC-сверление

CNC-сверление включает использование вращающегося режущего инструмента для создания цилиндрических отверстий в неподвижной заготовке. Это важная операция CNC-обработки, используемая в производстве продуктов, требующих сборки деталей.

CNC-фрезеровка

CNC-фрезеровка — это самая распространенная операция обработки, которая включает использование режущего инструмента, который может вращаться и перемещаться по осям для удаления материала с заготовки. Легкость резания зависит от сложности станка с ЧПУ.

CNC-точение

CNC-точение — это операция обработки, которая включает вращение продукта при подаче его к режущему инструменту для изготовления обработанной детали.

Другие операции обработки

• Шлифование
• Расточка
• Лаппинг
• Пилингирование
• Хонинг

Материалы, совместимые с CNC-обработкой

Металлы: медь, сплавы нержавеющей стали, титан, латунь, алюминиевые сплавы, сталь, магний и др.

Пластмассы: ацеталь, PEEK, поликарбонат, нейлон, акрил, ПВХ, полипропилен и др.

Композиты: эпоксидные смолы, фенолпласты, стекловолокно и углеродное волокно.

Дерево: твердые породы и фанера.

Пена: жесткая и резевая пена.

CNC-обработка совместима с множеством материалов. Однако перед выбором материала для CNC рассмотрите следующее:

• Твердость
• Механические свойства
• Функции детали
• Размерные допуски
• Рабочая температура
• Стоимость

Каковы преимущества CNC-обработки?

CNC-обработка широко применяется в промышленном производстве деталей благодаря нескольким преимуществам. Ниже приведены некоторые преимущества процесса по сравнению с другими производственными операциями.

Точность и точность

CNC-обработка точна, позволяя производителям изготавливать детали в соответствии с предполагаемым дизайном. Кроме того, она обладает высокой точностью и допуском; поэтому можно производить разные партии продукта без потери точности. Более того, будучи автоматизированным процессом, она снижает ошибки при обработке.

Быстрота и эффективность

Деталь, обработанная на станке с ЧПУ, можно получить за несколько дней. Следовательно, это производственная эффективность. Однако скорость и эффективность зависят от типа станка с ЧПУ и сложности продукта.

Экономическая эффективность

CNC-обработка имеет высокую начальную инвестиционную стоимость. Однако у неё низкие эксплуатационные расходы. Кроме того, высокая производительность, малое или отсутствие человеческих ошибок и низкая стоимость производства повышают её экономическую эффективность. Кроме того, для большинства операций обработки требуется меньше обучения, и обучение в основном доступно онлайн.

Расширенные возможности

Большинство станков с ЧПУ могут нести много инструментов для разных целей. Кроме того, у них есть сложное программное обеспечение, позволяющее работать с разными продуктами и сложными заготовками. Поэтому у них расширенные возможности и совместимость с заготовками разных размеров, форм или текстур.

Широкий спектр совместимых материалов

Операции обработки совместимы с большой базой материалов. Распространенные примеры: металл, пластик и композит.

Альтернативные производственные процессы CNC-обработке

CNC-обработка — это универсальный процесс, широко принятый в производстве деталей и продуктов. Однако иногда он может не быть лучшим методом. Вот несколько альтернативных методов, которые можно рассмотреть:

3D-печать

3D-печать — это аддитивный производственный процесс, который включает плавление, осаждение и затвердевание материала с использованием инструкций из CAD или цифровой 3D-модели. Как и CNC-обработка, она автоматизирована. Однако, в отличие от CNC-обработки, она более подходит для простого дизайна.

Литье под давлением

Литье под давлением — это процесс производства пластика, который включает плавление и впрыскивание материала в подготовленную форму и его затвердевание. Он работает по тому же механизму, что и другие производственные процессы, такие как дутье форм, овермолдинг и вставное литье. Это важная часть массового производства продуктов.

Давливка

Давливка похожа на литье под давлением. Однако она подходит для металлов, таких как алюминий. Она включает плавление металла и впрыскивание его в подготовленную форму. Метод впрыскивания может быть низким или высоким в зависимости от качества продукта.

Краткая история CNC-обработки

До электронной эры конструкторы создавали детали вручную или с помощью ручных станков. Производственные процессы, использовавшиеся на этом этапе, были ограничены в точности, точности, пригодности для сложных продуктов и, что наиболее важно, массовом производстве продуктов. В результате были проведены исследования и разработки для внедрения новых производственных процессов.

Первый взгляд на числовое управление был когда Джон Т. Парсонс в сотрудничестве с MIT разработал станки с числовым управлением для производства деталей в авиации США в 1940-х годах. Эти станки позволяли производителям управлять набором инструментов с помощью инструкций с перфокарт. Однако им всё еще не хватало полной автоматизации. Следовательно, они использовались с присутствием операторов.

С изобретением более быстрых компьютеров станки с ЧПУ начали использовать цифровые коды вместо перфокарт для управления станочными инструментами. CNC-обработка может производить детали быстрее и точнее, чем предыдущая система обработки.

Заключение

CNC-обработка — это широко принятый набор процессов в производстве деталей и продуктов благодаря своей точности, точности и допускам. Поэтому она облегчает проектировщикам и производителям создание продуктов разной сложности.

Ищете высококачественные детали, обработанные на станках с ЧПУ? Тогда обратитесь к WayKen и получите доступ к качеству по конкурентоспособной цене.

Часто задаваемые вопросы

Что такое M-код и G-код?

С одной стороны, G-коды — это набор кодов, инструктирующих станок с ЧПУ, как двигаться. С другой стороны, M-код выполняет нережущие операции станка.

Каковы основные проблемы в CNC-обработке?

Настройка не особенно легка с CNC-обработкой. Наладчики должны изменять CAD-файлы на начальном этапе, чтобы внести незначительные коррективы в готовые продукты. Кроме того, технологическое улучшение позволяет только квалифицированному оператору писать программы.

В каких отраслях используется CNC-обработка?

CNC-обработка применяется во многих производственных отраслях. Распространенные отрасли, принимающие этот производственный процесс: автомобилестроение, авиация, военное дело, оборона, судостроение и медицина.

Каковы терминологии в CNC-обработке?

Общие терминологии в CNC-обработке включают:

-CAD: Компьютерно-ассистированное программное обеспечение
-CAM: Компьютерно-ассистированное производство
-CAE: Компьютерно-ассистированное инжиниринг
-DNC: Распределенное числовое управление
-G-код: Геометрические коды
-M-код: Различные коды станка

Каковы тренды в отрасли CNC-обработки?

Тренды в отрасли CNC-обработки включают полную автоматизацию процесса, добавление большего количества осей к станкам с ЧПУ и разработку дополнительных функций для легкой настройки.