Виды станков с ЧПУ. Рассматриваем основные

Станки с программным управлением представляют собой современное высокотехнологичное оборудование, функционирующее самостоятельно. За все рабочие процессы отвечают импульсы, посылаемые контроллерами к двигателям и исполнительным элементам. Весь пакет действий, от точки старта до точки завершения работы, прописан в специальной программе, которая заранее создана на компьютере, после чего сохранена в формате, подходящем для аппаратов с ЧПУ, и загружена в память устройства. Фактически, создание УП, ее перенос на станок, укладка материала и запуск оборудования — это и есть все действия, которые выполняет человек, обслуживающий компьютеризированные станки. Дальше требуется лишь периодически следить за ходом выполнения работ и собрать заготовки после завершения процесса.

Отсутствие так называемого человеческого фактора при выполнении операций и полностью автоматическое управление станками обеспечивают многократное повышение эффективности производства, увеличивают скорость и точность обработки, позволяют выпускать совершенно идентичные партии заготовок и изделий. Эти и многие другие достоинства станков с ЧПУ обеспечили им заслуженное уважение и сделали востребованными во всех областях, связанных с обработкой материалов и созданием товаров, предназначенных для производственных целей, повседневного использования, оказания услуг и прочего.

Несмотря на то, что все современные станки управляются с компьютера (ноутбука, стойки с экраном и кнопками), они радикально отличаются между собой по назначению, инструменту, типу сырья для работы и еще некоторым факторам.

Наиболее часто используется пять разновидностей станочного оборудования, и, если распределить их по степени популярности, список будет выглядеть следующим образом:

Фрезерные станки

Многочисленная группа оборудования, предназначенная для выполнения различных операций с большим ассортиментом материалов. Это могут быть металлы, дерево, пластики, воск, пенопласт, гипс, кожа, камень, стекло и т. д. Рабочий инструмент (фреза) выполнен из металла и оснащен остро заточенными гранями, кромками или зубцами.

На фрезере можно сверлить, фрезеровать, гравировать, зенкеровать, пазовать, торцевать, шлифовать поверхности, растачивать отверстия, нарезать зубцы и выполнять еще множество операций инструментами, подходящими для этих целей.

Станки такого плана широко используют в металлообработке, работе с камнем, ювелирном деле, рекламном бизнесе, но особенно популярны они во всех сферах, связанных с обработкой древесины. Мебельное производство, изготовление лестниц, беседок, входных и межкомнатных дверей, выпуск изделий бытового и декоративно-прикладного характера, создание интерьерных украшений (большие и малые статуи, настенные панно с 3D-барельефами и тому подобное), производство подарков, сувениров и прочих изделий.

Лазерно-гравировальное оборудование

Лазерные аппараты являются главными конкурентами фрезерных станков и активно борются с ними за первое место в списке лидеров. Небольшое отставание объясняется лишь ощутимой пока еще разницей в стоимости между двумя типами устройств.

Достоинств у станков лазерной группы намного больше, чем у фрезеров. Сюда входит более высокая скорость, прецизионная, то есть, абсолютная точность обработки, единый режущий инструмент для всех типов операций, бесшумность и безотходность, отсутствие физического контакта с поверхностью, более широкий спектр материалов.

Главным и единственным инструментом лазерных станков выступает поток частиц высокой температуры. Линза, помещенная в инструментальную головку над рабочей поверхность, фокусирует поток в тончайший лазерный луч с малым диаметром и очень большой концентрацией мощности в зоне обработки. На поверхности материала лазер выглядит как крохотная точка, однако малые габариты совсем не мешают лучу мгновенно прожигать насквозь древесину, металлы и стекло. Помимо этих поверхностей лазерные станки подходят для обработки бумаги, картона, тканей и нетканых материалов, меха, пленки, пластмасс, ферронита и паронита, резины и т. д. Луч может не только резать, но и сверлить, гравировать, маркировать материалы, а, если говорить об оптоволоконных устройствах, то даже сваривать металлические поверхности.

Сфера применения лазерного оборудования с ЧПУ не менее широка, чем у фрезерных аппаратов и включает в себя те же самые области, дополненные легкой промышленностью, упаковочным и сувенирным производством, изготовлением печатей, уплотнительных прокладок, электронных плат, виниловых наклеек и т. д.

Режущие плоттеры с ЧПУ

Станки-плоттеры с компьютерным управлением стали настоящим спасением для типографских мастерских, швейных ателье и прочих предприятий, работа которых связана с раскроем тонких и деликатных материалов. Это могут быть виниловые пленки, кожа, бумага, картон, ткани и прочие им подобные поверхности.

Особенностью плоттеров, которые называют также каттерами, является режущий инструмент, который и дал оборудованию второе название. Он представляет собой острейший нож, закрепленный над рабочей зоной, который, в зависимости от типа, может перемещаться только в горизонтальной плоскости, совершать возвратно-поступательные движения или вращаться во всех направлениях.

Плоттерное оборудование предназначено для работы с листовыми и рулонными материалами и используется для обычного и сложноконтурного раскроя, вырезания аппликаций, узоров, надписей и виниловых наклеек.

ЧПУ станки для начинающих — какой выбрать? Основные советы по выбору ЧПУ станков

Основные виды ЧПУ станков. Какой выбрать?

Что такое ЧПУ? Какие бывают виды станков с ЧПУ и как они работают?

В этом разделе мы ответим на все эти вопросы и сравним механическую обработку при помощи ЧПУ станков с другими технологиями производства, чтобы помочь вам найти лучшее решение для себя.

Что такое ЧПУ

Обработка с ЧПУ (числовое программное управление) — это технология выборки материала. Что означает — детали создаются путем удаления материала из цельного блока, называемого заготовкой, с использованием различных режущих инструментов.

Это принципиально иной способ изготовления по сравнению с аддитивной 3D-печатью или технологией литья. Механизм выборки материала имеет как конструктивные ограничения, так и свои преимущества. Подробнее об этом, ниже.

Обработка на ЧПУ оборудовании – это в первую очередь цифровая технология. С её помощью, можно производить высокоточные детали с превосходными физическими свойствами непосредственно из файла CAD. Благодаря высокому уровню автоматизации, ЧПУ обработка является конкурентоспособной по цене, как для изготовления единичных деталей, так и для организации мелкосерийного производства.

Почти любой материал можно обработать на ЧПУ станке. Наиболее распространенные примеры — металлы (алюминиевые и стальные сплавы, латунь и т.д.), пластмассы, такие как АБС или нейлон. Композитные материалы и дерево тоже можно обрабатывать.

Основной процесс ЧПУ обработки можно разбить на 3 этапа. Сначала инженер проектирует модель CAD детали. Затем оператор станка превращает файл CAD в G-код и настраивает станок. Наконец, система ЧПУ выполняет все операции обработки. Конечно, для этого требуется некий контроль за выполняемыми действиями машины.

Краткая история ЧПУ станков

• Самым ранним из когда-либо обнаруженных механически обработанных предметов, была чаша, найденная в Италии. Её изготовили в 700 г. до н.э., с помощью токарного станка
• Попытки автоматизировать механическую обработку начались в 18 веке. Тогда станки были чисто механическими и работали на пару
• Первая программируемая машина была разработана в конце 40-х годов в Массачусетском Технологическом Университете. Для её работы использовали перфокарты, чтобы кодировать каждое движение
• Распространение компьютеров в 50-х и 60-х годах коренным образом изменило обрабатывающую промышленность
• Сегодня станки с ЧПУ являются передовыми роботизированными системами с многоосевым и мультиинструментальным оборудованием, в том числе с автоматической сменой инструмента, без остановки в работе

Виды станков с ЧПУ

В этом руководстве мы сосредоточимся на станках, которые обрабатывают материал с помощью режущих инструментов.  Они являются наиболее распространенными и имеют самый широкий спектр применения. Так же существуют и другие станки с ЧПУ. Лазерные, плазменные и EDM — Электроэрозионные.

3-х осевые станки с ЧПУ

Фрезерные и токарные станки с ЧПУ служат примерами 3-осевых систем. Эти «базовые» станки позволяют перемещать режущий инструмент по трем линейным осям относительно заготовки (влево-вправо, назад-вверх и вверх-вниз).

Фрезерные с ЧПУ

• Заготовка удерживается неподвижно прямо на станине станка или в тисках.
• Материал удаляется из заготовки с помощью режущих инструментов — фрез или свёрл, которые вращаются с высокой скоростью;
• Инструменты прикреплены к шпинделю, который может двигаться вдоль трех линейных осей.

3-осевые фрезерные станки с ЧПУ — самые широко известные. Их используют в основном для производства самых распространенных геометрий. Относительно просты в программировании и эксплуатации, поэтому затраты на обработку, относительно невелики.

Доступ к инструменту, при фрезеровке с ЧПУ ограничен конструкцией. Поскольку есть только три оси для работы, некоторые области заготовки могут быть недоступны. В целом – это не большая проблема, если заготовку нужно вращать только один раз. Но если требуется несколько вращений, затраты на обработку могут быстро увеличиться.

Каталог Фрезерных станков с ЧПУ 3-х осевых 

Плюсы

• Может производить большинство деталей с простой геометрией;
• Высокая точность и жесткие допуски.

Минусы

• Есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии;
• Ручное перемещение заготовки снижает достижимую точность.

Токарные станки с ЧПУ

Заготовка удерживается на шпинделе при вращении с высокой скоростью.

Режущий инструмент или центральное сверло обрабатывает внешний или внутренний периметр детали, образуя геометрию.

Инструмент не вращается. Он движется радиально и продольно.

Токарные станки с ЧПУ широко используются, потому что с их помощью можно производить детали с гораздо большей скоростью и с меньшими затратами на единицу, чем на таких же станках без поворотного устройства. Это особенно актуально для больших объемов работы.

Основное ограничение конструкции токарных станков с ЧПУ заключается в том, что они могут изготавливать только детали с цилиндрическим профилем (например, винты или шайбы). Чтобы преодолеть это ограничение, детали часто подвергаются фрезерной обработке с ЧПУ на отдельном этапе. В качестве альтернативы, используются 5и-осевые токарно-фрезерные станции с ЧПУ. С их помощью можно добиться нужных результатов за один процесс.

Каталог токарных станков с ЧПУ 

Плюсы

• Самая низкая стоимость за деталь на выходе, чем при других способах обработки с ЧПУ;
• Очень высокие производственные возможности.

Минусы

• Может производить только детали с радиальной симметрией и простой геометрией

5-осевая обработка с ЧПУ

Многоосевые станки с ЧПУ бывают трех вариантов: 5-осевые индексированные фрезерные станки, 5-осевые фрезерные станки с непрерывной обработкой и токарно-фрезерные с рабочим инструментом.

Эти системы, по сути, являются станками с дополнительными степенями свободы. Например, 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ позволяют вращать станину станка или головку инструмента (возможно, сразу всё вместе), в дополнение к трем линейным осям перемещения.

Широкие возможности этих машин влекут за собой их повышенную стоимость. Они требуют как специализированной техники, так и операторов с экспертными знаниями. Для очень сложных или оптимизированных по топологии металлических деталей приоритетнее будет 3D печать.

Индексируемое 5-осевое фрезерование с ЧПУ

• Во время обработки режущий инструмент может двигаться только вдоль трех линейных осей.
• Между операциями платформа и головка инструмента могут вращаться, давая доступ к заготовке под другим углом.

Индексированные 5-осевые фрезерные системы с ЧПУ также известны как 3+2 фрезерные станки. Они используют две дополнительные степени свободы, только между операциями обработки для вращения заготовки.

Основным преимуществом этих систем является то, что они устраняют необходимость ручного перемещения заготовки.Таким образом, детали с более сложной геометрией могут быть изготовлены быстрее и с большей точностью, чем на 3-осевом станке с ЧПУ. Хотя им не хватает возможностей для непрерывных операций.

Плюсы

• Исключает необходимость ручного перемещения
• Производит детали со сложной геометрией быстрее и с большей точностью, чем на 3-х осевом станке

Минусы

• Более высокая стоимость, чем 3-осевая обработка с ЧПУ
• Невозможно воссоздать мелкие детали на заготовке

Непрерывное 5-осевое фрезерование с ЧПУ

• Режущий инструмент может перемещаться вдоль трех линейных и двух осей вращения относительно заготовки.
• Все пять осей могут двигаться одновременно во время всех операций обработки.

5-осевые фрезерные системы с ЧПУ, работающие непрерывно, имеют архитектуру, аналогичную индексируемым 5-осевым фрезерным станкам. Однако они позволяют перемещать все пять осей одновременно во время всех операций обработки.

Таким образом, можно изготавливать детали со сложной, органичной геометрией, которые невозможно изготовить с таким уровнем точности при помощи другой технологии. Эти передовые возможности стоят дорого, так как не дёшево само оборудование, и для работы на нём требуются высококвалифицированные кадры.

Плюсы

• Такие станки производят сложные детали с точностью, которой невозможно добиться при использовании другого оборудования
• Очень гладкие органичные поверхности с минимальными следами обработки

Минусы

• Крайне высокая стоимость
• Всё ещё есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии

Фрезерные токарные станции с ЧПУ

• Заготовка прикреплена к шпинделю, который может либо вращаться с высокой скоростью (например, в качестве токарного станка), либо располагать его под точным углом (как 5-осевой фрезерный станок с ЧПУ).
• Токарные и фрезерные инструменты используются для выборки материала из заготовки, образующей деталь.

Фрезерные токарные станции с ЧПУ — это, в основном, токарные станки оснащенные фрезерными инструментами. Их разновидностью служат токарно-фрезерные станции швейцарского типа, которые обычно имеют более высокую прецессию.

В токарных станках используются преимущества, как высокой производительности токарной обработки, так и геометрической гибкости фрезерования. Они идеально подходят для изготовления деталей с «рыхлой» осевой симметрией (например, распредвалы и центробежные рабочие колеса) при гораздо более низкой стоимости, чем другие 5-осевые системы обработки.

Плюсы

• Самая низкая стоимость среди 5-осевых систем обработки с ЧПУ
• Высокие производственные возможности и свобода дизайна

Минусы

• Всё ещё есть ограничения по фрезерованию скрытых полостей и сложной геометрии
• Больше всего подходит для деталей с цилиндрическим контуром

Подведём итог

• 3-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с относительно простой геометрией и превосходной точностью и по низкой цене;
• Токарные станки с ЧПУ обладают самой низкой стоимостью, но подходят только для деталей с радиальной геометрией;
• Индексируемые 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с элементами, которые не выровнены с одной из основных осей быстро и с очень высокой точностью;
• Непрерывные 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ производят детали с очень сложной, «органической» геометрией и гладкими контурами, но очень дорогостоящие;
• Токарно-фрезерные станции с ЧПУ объединяют преимущества токарной и фрезерной обработки в единую систему для производства сложных деталей по более низкой цене, чем другие 5-осевые системы с ЧПУ.

Что такое станок с ЧПУ?

История станков с ЧПУ

Джон Т. Парсонс (1913–2007) из корпорации Parsons в Траверс-Сити, штат Мичиган, считается пионером числового программного управления, предшественником современного станка с ЧПУ. За свою работу Джона Парсонса называют отцом 2-й промышленной революции. Ему нужно было производить сложные лопасти для вертолетов, и он быстро понял, что будущее производства за подключением машин к компьютерам. Сегодня детали, изготовленные на станках с ЧПУ, можно найти практически в каждой отрасли. Благодаря станкам с ЧПУ у нас есть менее дорогие товары, более сильная национальная оборона и более высокий уровень жизни, чем это возможно в неиндустриальном мире. В этой статье мы рассмотрим происхождение станков с ЧПУ, различные типы станков с ЧПУ, программы для станков с ЧПУ и общие методы работы мастерских с ЧПУ.

Машины встречают компьютер

В 1946 году слово «компьютер» означало вычислительную машину с перфокартой. Несмотря на то, что корпорация Parsons ранее производила только один воздушный винт, Джон Парсонс убедил Sikorsky Helicopter в том, что они могут производить чрезвычайно точные шаблоны для сборки и изготовления винтов. В конце концов он изобрел компьютерный метод с перфокартами для вычисления точек на лопасти несущего винта вертолета. Затем он попросил операторов повернуть колеса в этих точках на фрезерном станке в Цинциннати. Он провел конкурс на название этого нового процесса и дал 50 долларов тому, кто придумал «Числовое управление» или NC.

В 1958 году он подал заявку на патент на подключение компьютера к машине. Его патентная заявка поступила на три месяца раньше, чем в Массачусетском технологическом институте, который работал над начатой ​​им концепцией. Массачусетский технологический институт использовал его концепции для создания оригинального оборудования, а лицензиат г-на Парсонса (Bendix) передал сублицензию IBM, Fujitusu и GE, среди прочих. Концепция NC медленно приживалась. По словам г-на Парсонса, люди, продающие эту идею, были компьютерщиками, а не производителями. Однако к началу 1970-х армия США сама популяризировала использование компьютеров с ЧПУ, производя их и сдавая в аренду многочисленным производителям. Контроллер ЧПУ развивался параллельно с компьютером, повышая производительность и автоматизируя производственные процессы, особенно механическую обработку.

Что такое обработка с ЧПУ?

Станки с ЧПУ производят детали по всему миру практически для всех отраслей промышленности. Они создают вещи из пластика, металлов, алюминия, дерева и многих других твердых материалов. Слово «ЧПУ» означает числовое программное управление, но сегодня все называют его ЧПУ. Итак, как вы определяете станок с ЧПУ? Все автоматизированные машины управления движением имеют три основных компонента: функцию управления, систему привода/движения и систему обратной связи. Обработка с ЧПУ — это процесс использования станка с компьютерным управлением для изготовления детали из твердого материала различной формы

ЧПУ зависит от цифровых инструкций, обычно создаваемых в программах автоматизированного производства (CAM) или автоматизированного проектирования (CAD), таких как SolidWorks или MasterCAM. Программное обеспечение записывает G-код, который может прочитать контроллер станка с ЧПУ. Компьютерная программа на контроллере интерпретирует конструкцию и перемещает режущие инструменты и/или заготовку по нескольким осям, чтобы вырезать из заготовки желаемую форму. Автоматизированный процесс резки намного быстрее и точнее, чем ручное перемещение инструментов и заготовок, которое осуществляется с помощью рычагов и шестерен на старом оборудовании. Современные станки с ЧПУ содержат несколько инструментов и выполняют множество типов разрезов. Количество плоскостей движения (осей), а также количество и типы инструментов, к которым станок может обращаться автоматически в процессе обработки, определяют, насколько сложной заготовкой может быть обработано ЧПУ.

Как использовать станок с ЧПУ

Операторы станков с ЧПУ должны получить навыки как в программировании, так и в металлообработке, чтобы в полной мере использовать возможности станка с ЧПУ. Профессионально-технические училища и программы ученичества часто запускают студентов на ручных токарных станках, чтобы они почувствовали, как резать металл. Машинист должен уметь представлять все три измерения. Сегодня программное обеспечение делает изготовление сложных деталей проще, чем когда-либо, потому что форма детали может быть нарисована виртуально, а затем программа может предложить траектории движения инструмента для изготовления этих деталей.

Тип программного обеспечения, обычно используемого в процессе обработки с ЧПУ

Компьютерное черчение (САПР)

Программное обеспечение САПР является отправной точкой для большинства проектов с ЧПУ. Существует множество различных программных пакетов САПР, но все они используются для создания проектов. Популярные программы САПР включают AutoCAD, SolidWorks и Rhino3D. Существуют также облачные CAD-решения, и некоторые из них предлагают возможности CAM или интегрируются с программным обеспечением CAM лучше, чем другие.

Автоматизированное производство (CAM)

Станки с ЧПУ часто используют программы, созданные программным обеспечением CAM. CAM позволяет пользователям настраивать «дерево заданий» для организации рабочего процесса, задавать траектории движения инструментов и запускать симуляции резки до того, как станок начнет настоящую резку. Часто программы CAM работают как надстройки к программному обеспечению CAD и генерируют G-код, который сообщает инструментам ЧПУ и движущимся частям заготовки, куда двигаться. Мастера в программном обеспечении CAM упрощают программирование станков с ЧПУ. Популярное программное обеспечение CAM включает Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks и Solidcam. Согласно отчету за 2015 год, на Mastercam и Edgecam приходится почти 50% рынка CAM-систем высокого класса.

Что такое распределенное числовое управление?

Прямое числовое управление, которое стало распределенным числовым управлением (DNC)

Прямое числовое управление использовалось для управления программами ЧПУ и параметрами станка. Это позволяло программам перемещаться по сети с центрального компьютера на бортовые компьютеры, известные как блоки управления машинами (MCU). Первоначально называвшийся «Direct Numeric Control», он обходился без бумажной ленты, но когда компьютер вышел из строя, все его машины вышли из строя.

Распределенное числовое управление использует сеть компьютеров для координации работы нескольких станков путем передачи программы на ЧПУ. В памяти ЧПУ хранится программа, и оператор может собирать, редактировать и возвращать программу.

Современные программы ЧПУ могут выполнять следующие действия:

• Редактирование — запуск одной программы ЧПУ во время редактирования других
• Сравнение — сравнение исходных и отредактированных программ ЧПУ и просмотр изменений инструмент ломает программу можно остановить и перезапустить с того места где она остановилась
• Отслеживание заданий — операторы могут синхронизировать задания и отслеживать настройку и время выполнения, например,
• Отображение чертежей — показ фотографий, чертежей САПР инструментов, приспособлений и отделочных деталей
• Расширенные экранные интерфейсы — обработка одним касанием
• Расширенное управление базой данных — Организует и хранит данные там, где их можно легко получить

Сбор производственных данных (MDC)

Программное обеспечение MDC может включать в себя все функции программного обеспечения DNC, а также собирать дополнительные данные и анализировать их на предмет общей эффективности оборудования (OEE). Общая эффективность оборудования зависит от следующего: Качество — количество продуктов, соответствующих стандартам качества, из всех произведенных продуктов Доступность — процент запланированного времени, в течение которого указанное оборудование работает или производит детали Производительность — фактическая скорость работы по сравнению с запланированной или идеальной работой скорость оборудования.

OEE = Качество x Доступность x Производительность

OEE — ключевой показатель производительности (KPI) для многих механических мастерских.

Решения для мониторинга машин

Программное обеспечение для мониторинга машин может быть встроено в программное обеспечение DNC или MDC или приобретаться отдельно. С помощью решений для мониторинга машин машинные данные, такие как настройка, время выполнения и время простоя, автоматически собираются и объединяются с человеческими данными, такими как коды причин, чтобы обеспечить как историческое, так и реальное время понимание того, как выполняются задания. Современные станки с ЧПУ собирают до 200 типов данных, а программное обеспечение для мониторинга станков может сделать эти данные полезными для всех, от цеха до верхнего этажа. Такие компании, как Memex, предлагают программное обеспечение (Tempus), которое берет данные с любого типа станков с ЧПУ и вводит в стандартизированный формат базы данных, который можно отображать в виде понятных диаграмм и графиков. Стандарт данных, используемый большинством решений для мониторинга машин, получивших распространение в США, называется MTConnect. Сегодня многие новые станки с ЧПУ оснащены средствами для предоставления данных в этом формате. Старые машины по-прежнему могут предоставлять ценную информацию с помощью адаптеров. Мониторинг станков для станков с ЧПУ стал популярным всего за последние несколько лет, и постоянно разрабатываются новые программные решения.

Какие существуют типы станков с ЧПУ?

Сегодня существует бесчисленное множество различных типов станков с ЧПУ. Станки с ЧПУ — это станки, которые режут или перемещают материал, как запрограммировано на контроллере, как описано выше. Тип резки может варьироваться от плазменной резки до лазерной резки, фрезерования, фрезерования и токарной обработки. Станки с ЧПУ могут даже поднимать и перемещать детали на сборочной линии.

Ниже приведены основные типы станков с ЧПУ:

Токарные станки: Этот тип ЧПУ поворачивает заготовку и перемещает режущий инструмент к заготовке. Базовый токарный станок является 2-осевым, но можно добавить гораздо больше осей, чтобы увеличить сложность резки. Материал вращается на шпинделе и прижимается к шлифовальному или резьбовому инструменту, который придает желаемую форму. Токарные станки используются для изготовления симметричных объектов, таких как сферы, конусы или цилиндры. Многие станки с ЧПУ многофункциональны и сочетают в себе все виды резки.

Фрезерные станки: Фрезерные станки с ЧПУ обычно используются для резки больших размеров дерева, металла, листов и пластика. Стандартные фрезерные станки работают с 3-осевыми координатами, поэтому они могут резать в трех измерениях. Однако вы также можете купить 4,5 и 6-осевые станки для прототипов моделей и сложных форм.

Фрезерование: Ручные фрезерные станки используют маховики и ходовые винты для соединения режущего инструмента с заготовкой. Вместо этого на фрезерном станке с ЧПУ ЧПУ перемещает высокоточные шарико-винтовые пары в точные запрограммированные координаты. Фрезерные станки с ЧПУ бывают самых разных размеров и типов и могут работать на нескольких осях.

Плазменные резаки : Плазменный резак с ЧПУ использует для резки мощный лазер. Большинство плазменных резаков вырезают запрограммированные формы из листа или пластины.

3D-принтер: 3D-принтер использует программу, чтобы сообщить ему, куда положить небольшие кусочки материала для создания желаемой формы. 3D-детали строятся слой за слоем с помощью лазера для затвердевания жидкости или питания по мере роста слоев.

Станок для захвата и размещения: Станок с ЧПУ для захвата и размещения работает аналогично фрезерному станку с ЧПУ, но вместо резки материала машина имеет множество небольших насадок, которые захватывают компоненты с помощью вакуума, перемещают их в нужное место и укладывают. их вниз. Они используются для изготовления столов, компьютерных материнских плат и других электрических сборок (среди прочего).

Станки с ЧПУ могут многое. Сегодня компьютерные технологии можно поставить на почти вообразимую машину. ЧПУ заменяет человеческий интерфейс, необходимый для перемещения деталей машины для получения желаемого результата. Сегодняшние ЧПУ способны начать с исходного материала, такого как блок стали, и изготовить очень сложную деталь с точными допусками и удивительной повторяемостью.

Собираем все воедино: как станки с ЧПУ изготавливают детали

Работа с ЧПУ включает в себя как компьютер (контроллер), так и физическую настройку. Типичный процесс механического цеха выглядит следующим образом:

Инженер-конструктор создает проект в программе САПР и отправляет его программисту ЧПУ. Программист открывает файл в программе CAM, чтобы выбрать необходимые инструменты и создать программу ЧПУ для ЧПУ. Он или она отправляет программу ЧПУ на станок с ЧПУ и предоставляет оператору список правильной настройки инструмента. Оператор установки загружает инструменты в соответствии с указаниями и загружает сырье (или заготовку). Затем он или она запускает образцы деталей и измеряет их с помощью инструментов контроля качества, чтобы убедиться, что станок с ЧПУ изготавливает детали в соответствии со спецификацией. Как правило, оператор наладки предоставляет первую часть изделия в отдел качества, который проверяет все размеры и подписывает установку. Станок с ЧПУ или связанные с ним станки загружены достаточным количеством сырья для изготовления желаемого количества деталей, а оператор станка следит за тем, чтобы станок продолжал работать, изготавливая детали в соответствии со спецификацией. и имеет сырье. В зависимости от задания часто можно запускать станки с ЧПУ «отбоя» без присутствия оператора. Готовые детали автоматически перемещаются в указанную зону.

Современные производители могут автоматизировать почти любой процесс при наличии достаточного времени, ресурсов и воображения. Сырье может быть отправлено в машину, а готовые детали могут быть упакованы и готовы к работе. Производители полагаются на широкий спектр станков с ЧПУ, чтобы делать вещи быстро, точно и экономично.

Все, что вам нужно знать о станках с ЧПУ

История

Станки с ЧПУ представляют собой электромеханические устройства, которые манипулируют механическими инструментами с помощью входных данных компьютерного программирования. Название «ЧПУ» на самом деле означает компьютерное числовое управление. Он представляет собой один из двух стандартных методов (другими являются технологии 3D-печати, такие как SLA, SLS/SLM и FDM) для создания прототипов из файла цифрового программного обеспечения. Компании, занимающиеся проектированием и созданием прототипов, могут использовать станки с ЧПУ для фрезерования и обработки различных материалов, включая дерево, металлы и пластмассы.

Одна минута о программном обеспечении ЧПУ от экспертов:

Первые станки с ЧПУ были разработаны в 1940-х и 1950-х годах и основывались на обычной технологии хранения телекоммуникационных данных, известной как «перфорированная лента» или «перфорированная бумажная лента». Технология перфоленты давно устарела, поскольку носитель данных быстро перешел на аналоговую, а затем цифровую компьютерную обработку в 1950-х и 1960-х годах. По мере внедрения новых технологий и увеличения мощности цифровой обработки станки с ЧПУ продолжают повышать свою эффективность.

Как это работает

В общем, механическая обработка — это способ преобразования готового изделия (обычно это прототип детали) с использованием контролируемого процесса удаления материала. Подобно другой технологии разработки прототипов, FDM (3D-печать), ЧПУ использует цифровые инструкции из файлов автоматизированного производства (CAM) или автоматизированного проектирования (CAD), таких как Solidworks 3D. Хотя CAM или CAD не запускают сам станок с ЧПУ, они предоставляют ЧПУ дорожную карту для изготовления конструкций. Станок с ЧПУ интерпретирует дизайн как инструкции по вырезанию деталей-прототипов.

Возможность программирования компьютерных устройств для управления станками быстро повышает производительность цеха за счет автоматизации высокотехнологичных и трудоемких процессов. Автоматизированная резка повышает как скорость, так и точность создания прототипов деталей, особенно когда материал имеет решающее значение (например, в случае с полипропиленом).

Часто процессы механической обработки требуют использования нескольких инструментов для выполнения требуемых надрезов (например, сверл разного размера). Станки с ЧПУ обычно объединяют инструменты в общие блоки или ячейки, из которых машина может рисовать. Базовые машины перемещаются по одной или двум осям, в то время как усовершенствованные машины перемещаются в поперечном направлении по осям x, y, продольно по оси z и часто вращательно вокруг одной или нескольких осей. Многоосевые станки способны автоматически переворачивать детали, что позволяет удалять материал, который ранее находился «из-под». Это избавляет рабочих от необходимости переворачивать материал прототипа и позволяет выполнять резку со всех сторон без ручного вмешательства. Полностью автоматизированные разрезы, как правило, более точны, чем при ручном вводе данных. Тем не менее, иногда отделочные работы, такие как травление, лучше выполнять вручную и простыми разрезами, которые потребуют обширных проектных работ для программирования машины для автоматизации.

Типы станков с ЧПУ

Когда вы решаете, какие станки с ЧПУ добавить в свою операцию, необходимо учитывать некоторые соображения. Станки с ЧПУ обычно относятся к одной из двух основных категорий: традиционные технологии обработки и новые технологии обработки. Каждый тип дает вам преимущества и недостатки. Вы должны учитывать особые потребности вашего проекта при выборе типа станка с ЧПУ для добавления в вашу мастерскую. Следующая инфографика показывает некоторые сходства и различия между обычными и новыми станками с ЧПУ: 

Традиционные технологии:

1. Сверла: Сверла работают, вращая сверло и перемещая его вокруг и в контакте с неподвижным блоком исходного материала. Сверла с ЧПУ помогают делать точные отверстия там, где они вам нужны.

2. Токарные станки: Токарные станки, в значительной степени обратные сверлам, вращают блок материала против сверла (вместо того, чтобы вращать сверло и контактировать с материалом). Токарные станки обычно вступают в контакт с материалом, перемещая режущий инструмент в поперечном направлении, пока он постепенно не коснется вращающегося материала. Токарные станки, используемые в основном для металлов и дерева, удаляют ненужный лишний материал и оставляют после себя красивый и, в конечном счете, более полезный компонент.

3. Фрезерные станки: Фрезерные станки, вероятно, являются наиболее распространенными сегодня станками с ЧПУ. Они связаны с использованием вращающихся режущих инструментов для удаления материала со склада. Они могут выполнять различные функции, включая сверление, растачивание, нарезание зубчатых колес и создание пазов в заданном куске материала.

Новые технологии:

1. Электрическая и/или химическая обработка: Существует ряд новых технологий, в которых используются специальные методы резки материала. Примеры включают электронно-лучевую обработку, электрохимическую обработку, электроэрозионную обработку (EDM), фотохимическую обработку и ультразвуковую обработку. Большинство этих технологий являются узкоспециализированными и используются в особых случаях для массового производства с использованием определенного типа материала.

2. Другие материалы для резки: Существует ряд других новых технологий, в которых для резки материала используются разные материалы. Примеры включают машины для лазерной резки, машины для газокислородной резки, машины для плазменной резки и технологию гидроабразивной резки. В последние годы эти машины приобрели популярность в различных отраслях промышленности; однако они по-прежнему являются узкоспециализированным оборудованием.

Используемые материалы 

В станке с ЧПУ можно использовать практически любой материал — все зависит от области применения. Станки с ЧПУ обеспечивают универсальность производства для реализации различных проектов. Обычные материалы включают такие металлы, как алюминий, латунь, медь, сталь, титан, дерево, пенопласт, стекловолокно и пластмассы, такие как полипропилен.

Применение для быстрого прототипирования

Станки с ЧПУ стали первым значительным прорывом в области быстрого прототипирования. До числового управления (в случае технологии перфоленты) и компьютерного числового управления (с аналоговыми и цифровыми вычислениями) детали приходилось обрабатывать вручную. Это неизменно приводило к большей погрешности в конечных продуктах-прототипах и даже больше, если и когда машины использовались вручную для крупномасштабного производства. Станки с ЧПУ помогли революционизировать способность производственного мира быстро создавать прототипы различных материалов, деталей и других машин благодаря повышенной точности, которую они обеспечивают.

Заявка на производство 

Многие новые специальные станки с ЧПУ созданы специально для нишевых производственных процессов. Например, электрохимическая обработка используется для резки высокопрочных металлических изделий, что невозможно иначе. Обычные станки с ЧПУ более приспособлены и обычно используются для разработки прототипов, чем для производства.

Что лучше? ЧПУ или 3D-печать?

По правде говоря, это зависит от материала, сложности детали и экономических факторов. Технология 3D-печати, такая как машины FDM, создает детали снизу вверх. Они могут создавать сложные формы и внутренние компоненты несколько быстрее, чем станок с ЧПУ. 3D-печать предоставляет разработчикам и производителям продуктов определенную степень гибкости и творчества, которую станки с ЧПУ не могут предложить с помощью обычных средств.

Напротив, обычные станки с ЧПУ несколько ограничены доступными инструментами и осями вращения, которые может использовать станок. Хотя они все еще могут использоваться с различными материалами, эти машины ограничены относительно строгим набором ограничений в отношении того, как они могут взаимодействовать с различными материалами.