Станок с ЧПУ — это станок, управляемый компьютерной программой. Вместо того чтобы полагаться на оператора, вручную перемещающего режущий инструмент, станок следует запрограммированным инструкциям для выполнения фрезерования, сверления, токарной обработки и других операций механической обработки.
ЧПУ расшифровывается как компьютерное числовое управление.
Сегодня станки с ЧПУ являются незаменимым оборудованием в автомобилестроении, аэрокосмической отрасли, электронике, производстве медицинского оборудования, промышленного оборудования, пресс-форм для литья под давлением и многих других отраслях.
Но до появления технологии ЧПУ почти все операции обработки приходилось контролировать вручную.
В этой статье мы объясним, что такое станок с ЧПУ, как развивалась технология ЧПУ, чем она отличается от традиционной ручной обработки и почему обработка на станках с ЧПУ важна в литье под давлением и производстве пресс-форм.
- Что такое станок с ЧПУ?
- Как работала обработка материалов до появления станков с ЧПУ.
- Почему ручные станки были ограничены в своих возможностях?
- Зарождение и развитие технологии ЧПУ
- Ручная обработка против обработки на станках с ЧПУ
- В чем разница между ЧПУ и NC?
- Как работает станок с ЧПУ?
- Обработка на станках с ЧПУ в литье под давлением и производстве пресс-форм.
- Обработка на станках с ЧПУ при литье в формы
- Заключение
- Услуги литья алюминия под давлением
Что такое станок с ЧПУ?
Станок с ЧПУ — это станок, который использует компьютерные инструкции для управления движением режущего инструмента, рабочего стола и других компонентов станка.
Программа сообщает машине:
- Куда должен перемещаться режущий инструмент
- С какой скоростью должен двигаться инструмент?
- С какой скоростью должен вращаться шпиндель?
- Насколько глубоко должен резать инструмент
- Когда инструмент должен начать или остановить работу
- Когда требуется смена инструмента
В зависимости от конфигурации станка, станок с ЧПУ может выполнять такие операции, как:
- Фрезерование
- Поворот
- Бурение
- Нажатие
- Сверление
- Растирание
- Контурная обработка
- Трехмерная обработка поверхностей
Благодаря тому, что станок следует запрограммированной траектории движения инструмента, он может многократно изготавливать детали с постоянными размерами и сложной геометрией.
Как работала обработка материалов до появления станков с ЧПУ.
До широкого распространения станков с ЧПУ производственные компании в основном полагались на традиционные станки, в том числе:
- Ручные токарные станки
- Ручные фрезерные станки
- Ручные сверлильные станки
- Ручные шлифовальные станки
Эти станки уже имели многие из тех же основных механических компонентов, что и современное оборудование с ЧПУ, такие как шпиндель, рабочий стол, режущий инструмент и оси станка.
Основное различие заключалось в методе контроля.
На традиционном ручном станке оператор управлял движением, вращая маховики и считывая показания градуированных циферблатов. Оператор должен был вручную контролировать направления X, Y и Z, одновременно определяя глубину резания, скорость подачи и точность размеров.
Высококвалифицированный токарь мог бы изготавливать очень точные детали этим методом. Однако конечное качество во многом зависело от навыков, концентрации и опыта оператора.
Почему ручные станки были ограничены в своих возможностях?
Ручная обработка материалов сыграла важную роль в промышленном развитии, но имела ряд ограничений.
Снижение эффективности производства
Каждое движение при резке должно было выполняться или контролироваться оператором.
При обработке сложных деталей оператору необходимо было сохранять высокую концентрацию внимания на протяжении всего процесса. Это увеличивало трудозатраты и ограничивало скорость производства.
Нестабильное качество деталей
Даже если один и тот же оператор изготавливал одну и ту же деталь, между первой и последней деталью могли возникать небольшие различия в размерах.
Различия могут стать более заметными, когда процесс перейдет к другому оператору.
Сложности при обработке сложных форм
Для перемещения сложной изогнутой поверхности одновременно и с высокой точностью может потребоваться использование двух или более осей станка.
Выполнение подобных скоординированных движений вручную крайне затруднительно. Системы ЧПУ позволяют рассчитывать и контролировать эти движения автоматически.
Сильная зависимость от квалифицированных операторов.
Ручная обработка материалов во многом зависит от опыта токаря.
Квалифицированные операторы по-прежнему ценятся в современном производстве, но технология ЧПУ позволяет преобразовать их знания в области обработки материалов в повторяемые программы и стандартизированные процессы.
Зарождение и развитие технологии ЧПУ
Развитие технологии числового программного управления было обусловлено потребностью в более точных и сложных компонентах, особенно в аэрокосмической отрасли.
Производство авиационных конструкций, компонентов турбин и других высокоэффективных деталей в больших количествах с использованием исключительно ручных методов механической обработки оказалось невозможным.
1952 год: Первый фрезерный станок с числовым программным управлением.
В 1952 году Массачусетский технологический институт и корпорация Parsons разработали один из первых практических фрезерных станков с числовым программным управлением.
В системе для хранения координатных данных использовалась перфорированная бумажная лента.
Станок считывал расположение отверстий на ленте и преобразовывал эту информацию в электрические сигналы. Эти сигналы управляли двигателями и автоматически перемещали оси станка.
Именно так возник термин «числовое управление» : для управления движением машины использовались числа и координаты.
1950-е–1960-е годы: Ранние электронные системы управления
В ранних системах числового управления использовались вакуумные лампы и сложное электронное оборудование.
Эти системы были крупными, дорогостоящими и использовались в основном в военной и аэрокосмической промышленности.
1970-е годы: Компьютеры перешли к числовому программному управлению.
По мере появления более компактных компьютеров они постепенно вытеснили многие ранние аппаратные контроллеры.
Программы можно было бы хранить и изменять проще, что уменьшало бы необходимость создания новой перфокарты при каждом изменении программы обработки.
Это событие заложило основу для современной концепции числового программного управления (ЧПУ).
1980-е–1990-е годы: станки с ЧПУ стали широко доступны.
Достижения в области микропроцессоров значительно снизили стоимость и габариты систем ЧПУ.
Производители специализированных систем ЧПУ разработали более надежные и удобные в использовании системы, что позволило внедрить станки с ЧПУ в крупномасштабное производство.
С 2000-х годов по настоящее время: ЧПУ и интеллектуальное производство.
Современные станки с ЧПУ обладают следующими возможностями:
- Высокоскоростная обработка
- Многоосное управление
- Автоматическая смена инструмента
- Контроль износа инструмента
- Измерение в процессе
- Сетевая передача программ
- Сбор производственных данных
- Интеграция с программным обеспечением CAD и CAM.
- Автоматизация и роботизированная погрузка
Станки с ЧПУ — это уже не просто автоматизированные станки для резки. Они являются важными производственными единицами в современных цифровых и интеллектуальных системах производства.
Ручная обработка против обработки на станках с ЧПУ
| Сравнение | Ручная обработка | Обработка CNC |
|---|---|---|
| Движение машины | Управляется оператором | Управляется компьютерной программой |
| Эффективность производства | Более низкий уровень для серийного производства | Подходит для средне- и крупносерийного производства. |
| Повторяемость | В значительной степени зависит от навыков оператора. | Высокая воспроизводимость после проверки процесса. |
| Сложные поверхности | Трудно изготовить | Возможна многоосевая обработка. |
| Стоимость установки | Зачастую цены ниже для простых разовых работ. | Требуется составление программы и подготовка расписания матчей. |
| Стабильность производства | В большей степени зависит от оператора. | Более стабильный и стандартизированный |
| Хранение программ | Непригодный | Программы можно хранить и использовать повторно. |
| Лучшее приложение | Ремонт, простые детали и мелкосерийное производство. | Точное, сложное и повторяющееся производство. |
Ручная обработка никуда не исчезла.
Он по-прежнему полезен для ремонтных работ, регулировки оборудования, модификации прототипов и изготовления некоторых простых компонентов. Однако обработка на станках с ЧПУ предоставляет явные преимущества, когда проект требует повторяемости, сложной геометрии и стабильного серийного производства.
В чем разница между ЧПУ и NC?
NC и CNC связаны между собой, но это не совсем одно и то же.
| Параметр | NC | ЧПУ |
|---|---|---|
| Полное имя | Числовой контроль | Компьютерное числовое управление |
| Система контроля | В основном, электронное управление с жесткой проводкой. | Компьютерное управление |
| Хранение программ | Обычно это внешние носители, такие как перфолента. | Хранится в контроллере или передается в цифровом виде. |
| Редактирование программы | Трудно и отнимает много времени | Программы можно редактировать и оптимизировать. |
| Гибкость | Ограниченный | Высокий |
| Возможности сети | Обычно недоступно | Программы и данные могут передаваться по сетям. |
| Текущее использование | В основном исторические или специализированные системы | Стандартные технологии в современных станках |
ЧПУ представляло собой раннюю форму числового управления.
Системы ЧПУ развились из систем с ЧПУ благодаря внедрению компьютерного управления. Это позволило более удобно хранить, редактировать, копировать и передавать программы обработки.
Сегодня большая часть оборудования, называемого «станком с числовым программным управлением», на самом деле является станком с ЧПУ.
Важно также понимать, что обрабатывающий центр — это разновидность станка с ЧПУ , обычно оснащенного автоматической системой смены инструмента и способного выполнять несколько операций обработки за одну установку.
Как работает станок с ЧПУ?
Несмотря на то, что станки с ЧПУ могут быть очень совершенными, их основной рабочий процесс можно разделить на несколько этапов.
1. Проверьте чертеж детали.
Сначала инженерная группа изучает двухмерный чертеж или трехмерную модель.
Важная информация включает в себя:
- Материал
- Габаритные размеры:
- Допуски
- Требования к поверхности
- Технические характеристики отверстий и резьбы
- Местоположение точек отсчета
- Требования к осмотру
2. Планирование процесса обработки.
Инженер определяет:
- Какие поверхности необходимо обрабатывать на станке?
- Последовательность обработки
- Проектирование зажимных приспособлений и оснастки
- Выбор режущего инструмента
- Параметры резки
- Методы проверки
3. Создайте программу для станка с ЧПУ.
Для простых деталей программу можно написать непосредственно на контроллере ЧПУ.
Для сложных деталей обычно используется программное обеспечение CAM для создания и моделирования траектории движения инструмента.
Завершенная программа содержит команды для управления перемещением станка, скоростью вращения шпинделя, скоростью подачи, выбором инструмента и другими операциями.
4. Настройте машину
Оператор устанавливает заготовку, приспособление и режущий инструмент.
Также необходимо установить правильную рабочую систему координат и смещения инструмента.
Неправильная настройка может привести к погрешностям в размерах, повреждению инструмента или даже к столкновению.
5. Запустите программу обработки.
Контроллер ЧПУ считывает программу и перемещает оси станка в соответствии с запрограммированными инструкциями.
Станок автоматически выполняет необходимые операции резки.
6. Осмотрите готовую деталь.
После механической обработки деталь проверяется с помощью соответствующего измерительного оборудования.
В зависимости от проекта, проверка может включать в себя:
- Штангенциркуль с нониусом
- Микрометры
- Высотомеры
- Резьбовые калибры
- Координатно-измерительные машины
- Измерители шероховатости поверхности
- Специальные контрольно-измерительные приспособления
Обработка на станках с ЧПУ в литье под давлением и производстве пресс-форм.
Обработка на станках с ЧПУ имеет особое значение в литейной промышленности.
Деталь, изготовленная методом литья под давлением, формируется путем впрыскивания расплавленного металла в стальную форму под давлением. Хотя процесс литья позволяет получать детали, близкие к окончательной форме, обработка на станках с ЧПУ по-прежнему необходима как при изготовлении форм, так и при производстве компонентов.
Обработка на станках с ЧПУ для изготовления литейных форм
Форма для литья под давлением содержит множество прецизионных компонентов, в том числе:
- Плесень полости
- Вставки в сердцевину
- Горки
- Атлеты
- Компоненты эжектора
- Системы направляющих
- Переполненные зоны
- Каналы охлаждения
- Вставные карманы
- Разделительные поверхности
Эти компоненты должны быть изготовлены с соблюдением заданных размеров и точной центровки.
В процессе изготовления пресс-форм могут использоваться фрезерование, сверление, шлифовка, электроэрозионная обработка и проволочная резка с ЧПУ.
Точность пресс-формы напрямую влияет на:
- Размеры отливки
- Несоответствие разделительной линии
- Формирование вспышки
- Внешний вид поверхности
- Производительность сборки
- Плесень жизни
- Стабильность производства
Обработка деталей, отлитых под давлением, на станках с ЧПУ.
Литье под давлением позволяет эффективно производить сложные металлические детали, но некоторые элементы обычно дорабатываются после литья.
К типичным элементам, обрабатываемым на станках с ЧПУ, относятся:
- Прецизионные отверстия
- Резьбовые отверстия
- Положения подшипников
- Уплотнительные поверхности
- Базовые элементы сборки
- Интерфейсы разъемов
- Плоские монтажные поверхности
- Диаметры с высокой точностью
Например, корпус из литого алюминия может быть отлит с сохранением основной внешней формы, ребер и внутренней структуры. Затем с помощью станков с ЧПУ можно обработать уплотнительную поверхность, просверлить монтажные отверстия и нарезать резьбу.
Такое сочетание обеспечивает эффективность производства, характерную для литья под давлением, и точность размеров, присущую обработке на станках с ЧПУ.
Почему планирование процессов важно
Обработку на станках с ЧПУ следует рассматривать на раннем этапе проектирования с учетом технологичности производства (DFM), а не после завершения изготовления пресс-формы.
Инженерная группа должна оценить:
- Припуски на обработку
- Отливочные заготовки
- Места установки оборудования
- Деформация зажима
- Риск образования пор в обработанных областях
- Доступ к инструментам
- Последовательность обработки
- Требования к осмотру
Правильное планирование позволяет сократить время обработки, процент брака и ненужные производственные затраты.
Обработка на станках с ЧПУ при литье в формы
В компании Cast Mold обработка на станках с ЧПУ используется как для изготовления литейных форм, так и для вторичной обработки литых под давлением компонентов из алюминиевых и цинковых сплавов.
Наш интегрированный производственный процесс может включать в себя:
- Обзор DFM
- Анализ плесени
- Проектирование литейных форм
- Производство пресс-форм
- Испытание плесени и отбор проб
- Литье под давлением из алюминия или цинка
- CNC-обработка
- Обработка поверхности
- Проверка и упаковка
Рассматривая литье, оснастку и обработку на станках с ЧПУ в комплексе, мы можем выявлять потенциальные производственные риски на ранних стадиях и разрабатывать более стабильный производственный процесс.
Заключение
Станок с ЧПУ использует компьютерные программы для управления движениями станка и операциями резки.
По сравнению с традиционной ручной обработкой, технология ЧПУ обеспечивает лучшую повторяемость, более высокую эффективность производства и возможность изготовления более сложных компонентов.
Развитие от ранних систем числового программного управления до современных многоосевых станков с ЧПУ сыграло важную роль в росте высокоточной промышленности.
В производстве литья под давлением обработка на станках с ЧПУ используется не только для изготовления точных форм, но и для финишной обработки важных элементов отливок из алюминиевых и цинковых сплавов.
Для достижения наилучших результатов литье под давлением, проектирование пресс-форм и обработка на станках с ЧПУ следует рассматривать как единый комплексный производственный процесс.
Услуги литья алюминия под давлением
Узнайте больше о наших услугах по литью алюминия под высоким давлением в Китае.
