Руководство по станкам с ЧПУ

В условиях стремительного развития производства станки с ЧПУ являются основой точного машиностроения, эффективной работы цехов и технологического прогресса. Передовые предприятия используют технологию компьютерного числового управления (ЧПУ) для производства высокоточных компонентов для аэрокосмической, автомобильной, медицинской и других отраслей промышленности. Традиционная обработка с использованием ручного труда и знаний оператора требует постоянного качества, медленного производства и меньшей рентабельности. В отличие от этого, обработка с ЧПУ автоматизирует весь процесс и обеспечивает надежное постоянство, быстрое производство и экономическую эффективность. Станочный цех с ЧПУ оснащен множеством суперкрутых высокотехнологичных станков, включая фрезерные, токарные, фрезерные, плазморезы и электроэрозионные станки с ЧПУ, которые работают на компьютере с точными, автоматически управляемыми функциями. Процесс начинается с использования программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAD) и создания инженерами подробных 3D-моделей конкретного компонента, необходимого в системе. 

Эти проекты преобразуются в машиночитаемый G-код, который задает точные движения режущих инструментов для создания и придания формы изделиям из сырья. Каждый материал обладает определенными механическими и физическими свойствами, которые делают его подходящим для конкретного станка с ЧПУ. Без станков с ЧПУ было бы сложно работать с такими разнообразными материалами, а люди нуждались бы в прочных, легких, жаростойких и даже коррозионностойких деталях, когда они им нужны. Станки с ЧПУ отличаются высокой точностью и эффективностью, кроме того, они обеспечивают масштабируемость, повторяемость и гибкость, позволяя предприятиям создавать от прототипов до массовых партий продукции без участия человека. Обработка на станках с ЧПУ занимает ведущее место в тех отраслях, которые активно пытаются создавать более совершенные и сложные конструкции.

В этой статье подробно рассказывается о том, как работают цеха станков с ЧПУ, какие типы станков они используют, с какими материалами работают и какие отрасли обслуживают. Зная их роль, возможности и преимущества, предприятия могут понять, для кого лучше всего подходят услуги по обработке на станках с ЧПУ.

Что такое цех станков с ЧПУ? 

Станочный цех с ЧПУ (Computer Numerical Control) - это место, оборудованное современными станками, управляемыми компьютерными программами. Они предназначены для производства высокоточных сложных деталей для аэрокосмической, автомобильной, медицинской, электронной и промышленной промышленности. В отличие от традиционной обработки, которая осуществляется с помощью ручного труда, обработка на станках с ЧПУ делает процесс автоматическим и способствует повышению точности, эффективности и последовательности производства.

Как работают цеха станков с ЧПУ

В цехах станков с ЧПУ программа автоматизированного проектирования (CAD) создает цифровую модель детали. Затем на основе этой модели создается G-код, который станок с ЧПУ считывает и использует для выполнения операций и движений. Он точно разрезает, сверлит, формирует или фрезерует материал в соответствии с запрограммированными инструкциями, что делает автоматизацию повторяемой и не допускающей ошибок.

Типы станков с ЧПУ в цехе ЧПУ

Как правило, в цехах станков с ЧПУ размещается широкий спектр автоматизированных обрабатывающих инструментов, таких как:

Фрезерные станки с ЧПУ: это станки с вращающимся режущим инструментом, который используется для удаления материала с заготовки и создания форм, отверстий и отделки поверхности.  

Токарные станки с ЧПУ: Эти станки предназначены для изготовления цилиндрических деталей путем вращения заготовки, в то время как режущие инструменты выполняют ее заранее заданную форму с высокой точностью. 

Маршрутизаторы с ЧПУ: Фрезерный станок с ЧПУ уже давно используется для резки дерева, пластика и композитных материалов, вырезая сложные узоры и рисунки. 

Плазменные резаки с ЧПУ: Они используют высокотемпературный плазменный резак для резки металлических листов и наиболее доступного металла в больших количествах, в зависимости от их размера, что идеально подходит для таких вещей, как изготовление листового металла.

Электроэрозионные станки (EDM): Электроэрозионная обработка использует электрические разряды (искры) для отрезания материала; таким образом, без использования режущих инструментов, она идеально подходит для обработки деталей или тонких разрезов в закаленных металлы.

Материалы, используемые в цехах станков с ЧПУ

Для производства высокоточных деталей для аэрокосмической, автомобильной, медицинской или обрабатывающей промышленности в цехах станков с ЧПУ используется огромное количество материалов. Но очень важно выбрать правильный материал, поскольку от него зависит долговечность, функциональность и вообще степень производительности конечного продукта. Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых материалов для обработки на станках с ЧПУ.

Металлы 

Алюминий:  Алюминий славится своими легкими свойствами и устойчивостью к коррозии, благодаря чему находит применение в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении и бытовой электронике. Он также обладает хорошей тепло- и электропроводностью и поэтому полезен в теплообменниках и электронных компонентах.

Сталь и нержавеющая сталь: Это очень прочный металл, который не ржавеет, не изнашивается и не повреждается при нагревании; поэтому его используют для изготовления медицинских инструментов, оборудования для пищевой промышленности, конструкционных деталей. Он очень прочный и долговечный.

Титан:  это прочный материал с высокой прочностью и отличной коррозионной стойкостью, что делает его лучшим выбором для аэрокосмической промышленности, медицинских имплантатов, автомобилестроения и т.д. Экстремально высокие температуры и суровые условия не представляют для него никакой проблемы.

Латунь и медь: Металлический товар, который ценится за отличную обрабатываемость, антикоррозийность и электропроводность. Из него изготавливают электротехническую арматуру, сантехнические приборы и декоративную фурнитуру.

Пластмассы 

Ацеталь (фирменный дельрин): Прочный и жесткий, с хорошей влагостойкостью, ацеталь используется для изготовления зубчатых колес, втулок и других механических компонентов, требующих низкого трения и высокой износостойкости.

Полиэтилен:  это легкий, химически стойкий материал, который хорошо подходит для изготовления трубопроводов, контейнеров и изоляционных деталей. Он также используется в пищевой промышленности и медицине.

Нейлон:  Он известен своей прочностью и износостойкостью и часто используется в шестернях, подшипниках и автомобильных деталях. Он также используется для изготовления деталей промышленного оборудования.

Акрил:  Он обладает очень хорошими оптическими свойствами и устойчивостью к атмосферным воздействиям. Обычно его используют для изготовления вывесок, витрин и оптических линз.

Композиты 

Пластик, армированный углеродным волокном (CFRP):  очень прочный и легкий материал, который широко используется в аэрокосмической промышленности, спортивном оборудовании, автомобильной промышленности и т.д. Обеспечивается высокая жесткость и долговечность.

Стекловолокно: Один из популярных композитных материалов, который хорошо известен своей прочностью, малым весом и устойчивостью к коррозии. Он широко используется в автомобильных кузовах, корпусах лодок и в промышленности.

Керамика 

Цирконий: Отличная твердость и износостойкость позволяют использовать его для изготовления режущих инструментов, подшипников и зубных имплантатов. Он также обладает устойчивостью к высоким температурам.

Керамический материал, называемый глиноземом:  можно использовать, поскольку он известен своей превосходной электроизоляцией и долговечностью. Он широко используется в электротехнике, износостойких деталях и машиностроении.

На самом деле, в цехах станков с ЧПУ материалы выбираются очень продуманно, исходя из требований проекта. Прочность, вес, коррозионная стойкость и термические свойства - все эти факторы должны быть приняты во внимание для того, чтобы обработанные детали были достаточно прочными и пригодными для использования в своих целях.

Как работает цех станков с ЧПУ: Пошаговое руководство

Цех с ЧПУ можно охарактеризовать как предприятие, где высокоточные детали изготавливаются с помощью автоматизированного оборудования, управляемого компьютерной программой. Такие цеха необходимы для производства металлических, пластиковых и композитных деталей, требующих жестких допусков, последовательности и эффективности.

Цель этой статьи - объяснить, как работает цех станков с ЧПУ, поддерживая каждый этап, начиная с первоначального проектирования, разработки программ ЧПУ, выполнения окончательной проверки качества и заканчивая поставкой.

Шаг 1: Дизайн и программирование

Первый этап процесса - это этап проектирования и программирования, когда обработка еще не производится.

1. Моделирование с помощью САПР (автоматизированное проектирование)

Программное обеспечение САПР, такое как SolidWorks, AutoCAD или Fusion 360, используется инженерами и дизайнерами для создания 3D-модели детали.

Модель содержит подробные размеры, характеристики и технические требования для производства.

2. Программирование CAM (Computer-Aided Manufacturing)

С помощью программного обеспечения CAM, такого как Mastercam или Fusion 360, CAD-проект будет преобразован в программу, совместимую с ЧПУ.

Он также показывает траектории движения инструментов, которые станок с ЧПУ будет использовать для конкретной детали, скорость резки и инструкции по перемещению.

После завершения работы программа загружается в компьютер станка с ЧПУ.

Шаг 2: Выбор и подготовка материала

1. Выбор подходящего материала

В цехах станков с ЧПУ работают с различными видами материалов.

• Металлы (алюминий, сталь, титан, латунь)
• Пластмассы (ABS, нейлон, поликарбонат)
• Композитные материалы (углеродное волокно, стекловолокно)

2. Настройка материала

• Сырье разрезается на части необходимого размера.
• После этого она помещается в станок с ЧПУ с помощью зажимов, тисков или приспособлений, которые предназначены для того, чтобы предотвратить перемещение во время обработки.

Шаг 3: Процесс обработки с ЧПУ

1. Калибровка и настройка машины

Он оснащен системой калибровки станков с ЧПУ для обеспечения идеального совмещения инструментов и заготовок.

Операторы проверяют смещение инструмента, нулевые точки станка и скорость вращения шпинделя в соответствии со спецификацией, которая соответствует проекту.

2. Выполнение программы ЧПУ

На следующем этапе после завершения настройки станок с ЧПУ отправляется в путь, который был запрограммирован в G-коде - машинном языке, управляющем движениями.

Автоматические операции резки, сверления, фрезерования, точения или формования выполняются станком.

3. В связи с этим в данной диссертации рассматриваются процессы обработки, используемые в цехах с ЧПУ.

• Мы будем вращать инструмент, чтобы отрезать материал, из которого сделана заготовка.
• Токарный станок - материал вращается, при этом происходит его обточка, и из него извлекаются режущие инструменты.
• Сверла - некоторые сверла имеют высокую скорость вращения для создания точных отверстий.
• Шлифовка и полировка - используются для повышения качества поверхности для использования.

Шаг 4: Контроль качества и инспекция

После обработки деталь проходит строгий контроль качества, чтобы гарантировать уровень точности и соответствие проектным спецификациям.

1. Контроль размеров

Для проверки размеров используются такие прецизионные измерительные инструменты, как микрометры, штангенциркули и высотомеры.

2. Проверка КИМ (координатно-измерительной машины)

Лазерная или контактная технология используется в КИМ для контроля сложных деталей с высокой точностью.

3. Визуальный контроль и контроль качества поверхности

Он будет одобрен после того, как будет проверен на отсутствие царапин, шероховатых краев и дефектов поверхности.

Шаг 5: Сборка и доставка

1. Процессы финишной обработки

Некоторые детали требуют дополнительной обработки, в том числе:

• Анодирование или пластина для защиты от коррозии.
• Термообработка (для повышения прочности)
• Предусмотрено покрытие проводников краской или порошковой краской (для внешнего вида и защиты).

2. Сборка и упаковка

• Если деталей больше, то они собираются в конечный продукт.
• Собранные детали тщательно упаковываются, чтобы их можно было выпустить, когда они прибудут в пункт назначения.

3. Доставка клиентам

Затем изделие отправляется клиенту, а он возвращает его в производство, аэрокосмическую и автомобильную промышленность или в медицину. 

Различия между механическим цехом с ЧПУ и традиционным механическим цехом 

И станки с ЧПУ (компьютерным числовым программным управлением), и традиционные станки выполняют свою задачу по изготовлению деталей с высокой точностью, но технологии, эффективность и точность совершенно разные.

1. Автоматизация и управление

Станкостроительный цех с ЧПУ: Это тип механического цеха, в котором работают станки с компьютерным управлением, отличающиеся высокой точностью и повторяемостью при минимальном вмешательстве оператора.

Традиционная машинная мастерская: Оператор управляет инструментами в процессе ручной обработки, и это более медленный и трудоемкий метод.

2. Точность и последовательность

Станкостроительный цех с ЧПУ:  Детали, созданные на этом станке, точны до микрона и стабильны в больших партиях.

Традиционная механическая мастерская: Предрасположены к ошибкам, вносимым человеком, в результате чего конечные продукты могут незначительно отличаться друг от друга.

3. Эффективность и скорость

ЧПУ: Ускоренное производство благодаря непрерывной работе в режиме 24/7 и сокращению времени простоя.

Традиционный: Он медленный и требует работы квалифицированных машинистов на каждом станке.

4. Стоимость и труд

ЧПУ: Первоначальные инвестиции выше, но в будущем затраты на рабочую силу будут дешевле.

Традиционный: По-прежнему требуется квалифицированная рабочая сила и более низкая стоимость машин, но при этом увеличивается себестоимость продукции.

Традиционные механические мастерские по-прежнему используются для выполнения небольших работ на заказ, однако в случаях, когда станки с ЧПУ являются логичным выбором, речь идет о высокоточном, массовом и эффективном производстве.

Отрасли, в которых используются станки с ЧПУ

Станочные цеха с ЧПУ необходимы широкому кругу предприятий, каждому из которых требуется предельная точность и производительность в процессе сборки. Среди отраслей промышленности, в которых используется обработка на станках с ЧПУ, можно выделить следующие:

1. Аэрокосмическая промышленность

Из-за жестких допусков и требований к высокой прочности деталей самолетов и космических аппаратов они играют очень важную роль в повышении прочности изделия. Лопатки турбин, детали двигателей и структурные элементы, отвечающие строгим требованиям аэрокосмической отрасли, изготавливаются с помощью процессов обработки с ЧПУ.

2. Автомобильная промышленность

В производстве автомобильных деталей обработка с ЧПУ обеспечивает все: от деталей двигателя до компонентов подвески, чтобы эти детали были изготовлены с высокой точностью, имели малый вес и высокие эксплуатационные характеристики.

3. Медицина и здравоохранение

Обработка с ЧПУ широко применяется в медицине, где с ее помощью изготавливают хирургические инструменты, ортопедические имплантаты и протезы. Для изготовления таких деталей требуется высокая точность, а также строгое соблюдение требований FDA.

4. Электроника и технологии

Обработка с ЧПУ используется в производстве электроники для изготовления таких компонентов, как радиаторы, разъемы и корпуса компьютеров, смартфонов и других электронных устройств.

5. Оборона и военное дело

Производство оружия, военной техники и оборонного оборудования привлекает нас благодаря обработке на станках с ЧПУ, которая гарантирует надежность и долговечность в экстремальных условиях эксплуатации.

Преимущества станков с ЧПУ

Обработка с ЧПУ имеет много преимуществ перед другими традиционными методами производства. Вот некоторые из основных преимуществ:

1. Высокая точность и аккуратность

Станки с ЧПУ работают с микронной точностью, и каждый раз при изготовлении деталей они будут точно соответствовать спецификации. Это очень важно в таких областях, как аэрокосмическая промышленность или медицина, где небольшая ошибка может привести к поломке.

2. Эффективность и скорость

Станки с ЧПУ автоматизированы и поэтому работают 24 часа в сутки 7 дней в неделю без усталости, а производство становится более быстрым и эффективным.

3. Последовательность и повторяемость

В отличие от ручной обработки, ЧПУ гарантирует идентичность любой производимой детали, поэтому идеально подходит для массового производства и контроля качества.

4. Экономическая эффективность

Обработка с ЧПУ может быть более дорогой на начальном этапе, но в долгосрочной перспективе это один из способов сократить трудозатраты, отходы материала и ошибки в конечном продукте.

5. Универсальность материалов и дизайна

Станки с ЧПУ позволяют изготавливать изделия из самых разных материалов и создавать геометрические фигуры, которые слишком сложны или трудны при использовании обычных методов.

Советы по выбору лучшего магазина станков с ЧПУ

При выборе цеха станков с ЧПУ для своих производственных нужд необходимо учитывать следующие факторы:

1. Опыт и знания

Найдите ближайший к вам магазин, который хорошо известен и имеет многолетний опыт работы в сфере точной обработки. Квалифицированная команда гарантирует качество продукции.

2. Передовое оборудование и технологии

Для выполнения сложных проектов первоклассные мастерские с ЧПУ должны иметь самое современное оборудование и программное обеспечение.

3. Обеспечение качества и сертификация

Убедитесь, что предприятие имеет отраслевые сертификаты, такие как ISO 9001, AS9100 (аэрокосмическая промышленность) и соответствие требованиям ITAR (оборонная промышленность), что обеспечивает высокие стандарты производства.

4. Персонализация и гибкость

Каждый проект имеет уникальные требования. Выбирайте мастерскую, предоставляющую услуги по индивидуальной обработке, поскольку такие мастерские могут адаптироваться к вашим особым потребностям.

5. Конкурентоспособные цены и сроки выполнения заказа

Хотя стоимость должна учитываться, магазин должен предлагать конкурентоспособные цены, не жертвуя качеством и сроками доставки.

Заключение

Сегодня станки с ЧПУ полностью изменили производство благодаря точности, эффективности и автоматизации, которые не могли сравниться со старыми методами производства. На этих предприятиях используются передовые технологии, позволяющие изготавливать сложные детали с высокой точностью и повторяемостью, обеспечивая одинаково высокую точность всех производственных операций. Станочные цеха с ЧПУ отлично справляются с обслуживанием различных отраслей промышленности, включая аэрокосмическую и медицинскую, автомобильную и электронную, поскольку они могут работать с различными материалами и сложными конструкциями. Переход от традиционной обработки к обработке с ЧПУ не только увеличил время производства и снизил затраты, но и уменьшил количество человеческих ошибок и повысил качество деталей. Многоосевые станки с ЧПУ позволяют создавать очень точные и сложные геометрии, а также детали высокой точности, что невозможно сделать вручную. Станки с ЧПУ будут оказывать еще большее влияние на производственную отрасль по мере развития технологий. На постоянно конкурирующем, требовательном рынке компаниям, которым нужны точные детали, сокращение времени производства и масштабируемые решения, стоит задуматься об инвестировании в услуги по обработке на станках с ЧПУ. Предприятия могут быть уверены в превосходных результатах производства, выбрав правильную мастерскую по обработке на станках с ЧПУ, которая обладает опытом, современным оборудованием и приверженностью к качеству, чтобы соответствовать отраслевым стандартам и требованиям проекта. Обработка на станках с ЧПУ является краеугольным камнем современной промышленности, независимо от того, используется ли она для создания прототипов, мелкосерийного или массового производства компонентов, поскольку она обеспечивает инновации, эффективность и превосходство во всем, что производится.

Часто задаваемые вопросы о станках с ЧПУ

1. Что важнее - традиционная обработка или цех с ЧПУ?

Точность, автоматизация и эффективность работы станков с ЧПУ выше, чем при ручной обработке. Она снижает количество человеческих ошибок и позволяет качественно производить сложные конструкции и массовое производство.

2. В каких отраслях используется обработка с ЧПУ?

Однако обработка с ЧПУ играет важную роль в аэрокосмической, автомобильной, медицинской, электронной и оборонной промышленности. Она также используется в робототехнике, производстве и потребительских товарах.

3. По моему мнению, станки с ЧПУ используют какие материалы, доступные для них?

В зависимости от потребностей проекта они работают с металлами (алюминий, сталь, титан и т.д.), пластиками (ацеталь, нейлон и т.д.), композитами (углеродное волокно, стекловолокно и т.д.) и керамикой (цирконий, глинозем и т.д.).

4. Сколько времени требуется для обработки с ЧПУ?

В зависимости от того, насколько сложна деталь или ситуация, сложный ли материал, большой или маленький заказ, время на изготовление может быть разным. Для простых деталей это может занять несколько часов, сложные конструкции или прототипы - несколько дней.

5. Как выбрать подходящий цех станков с ЧПУ?

Опыт, сертификация (ISO 9001 AS9100), современное оборудование, экспертиза материалов, контроль качества, справедливая цена и другие подобные факторы позволяют получить высококачественный результат.