Подробное руководство по деталям, изготовленным на станках с ЧПУ.

Обработка на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) — это современный, эффективный и автоматизированный процесс обработки материалов, позволяющий производителям деталей на станках с ЧПУ изготавливать повторяемые детали с неизменным качеством из широкого спектра материалов, таких как пластмассы, металлы и композиты. Детали, обработанные на станках с ЧПУ. Они жизненно важны для многих отраслей, таких как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская.

История технологии ЧПУ начинается с нескольких ключевых событий. Первые современные обрабатывающие инструменты появились в 1775 году, когда изобретатели разработали расточный инструмент, позволивший производить цилиндры паровых двигателей с большей точностью и аккуратностью.

Технологические предшественники современных вычислительных систем, разработанные в текстильной промышленности в начале столетия, стали первыми шагами на пути к современным вычислениям. В 1725 году Базиль Бушон использовал систему перфорированных отверстий в бумажной ленте для кодирования данных. После этого, в 1805 году, Жаккар Жозеф Мари усовершенствовал этот процесс, заменив бумажную ленту перфокартами, которые были более долговечными. Эти карты были упорядочены, чтобы дать инструкции по добавлению ткани на ткацкий станок, что упростило процесс и стало одним из самых ранних примеров программирования. Таким образом, жаккардовый ткацкий станок можно рассматривать как предшественника современных компьютерных и автоматизированных технологий.

В данном руководстве по обработке на станках с ЧПУ рассматриваются принципы работы современных процессов ЧПУ, включая варианты материалов, конструктивные особенности, факторы стоимости и так далее.

Что такое детали, изготовленные на станках с ЧПУ?

Детали, изготовленные методом механической обработки, встречаются повсюду, и производятся они посредством процесса механической обработки, который заключается в удалении участков заготовки с помощью режущих станков, таких как фрезерные, токарные и фрезерные станки. Механическая обработка может выполняться вручную квалифицированным токарем или цифровым способом с использованием станков с ЧПУ (компьютерным числовым управлением), которые следуют сгенерированным компьютером инструкциям для точной резки. Эти компоненты обычно изготавливаются из различных материалов, таких как металлы и пластмассы, и они должны поддаваться резке без значительной деформации. Кроме того, обработанные детали могут быть созданы после первоначальных производственных процессов, таких как литье или формовка, для добавления определенных элементов. Именно эта способность механической обработки производить точные и надежные детали делает ее столь важной во всех отраслях промышленности, от самых маленьких крепежных элементов до самых сложных компонентов авиационных двигателей.

Кровать

Станина — это основание станка с ЧПУ , обеспечивающее устойчивую платформу для всех остальных компонентов. Как правило, она изготавливается из чугуна для обеспечения долговечности и прочности.

Устройство ввода

Устройство ввода является наиболее важной частью машины, поскольку оно отвечает за передачу программных инструкций. К наиболее распространенным типам относятся устройства чтения перфокарт, устройства чтения магнитных лент и компьютеры, подключаемые через RS-232-C.

Блок управления машиной (MCU)

Блок управления станком — это «мозг» системы ЧПУ. Он интерпретирует инструкции программирования и контролирует ключевые операции, такие как:

● Задачи, их запуск и остановка.

● Регулировка скорости вращения шпинделя

● Направление вращения шпинделя.

● Смена инструментов

● Регулировка скорости подачи.

Панель управления

Панель управления является центральной. детали, изготовленные на станках с ЧПУ по индивидуальному заказу станка с ЧПУ, который принимает программные инструкции, передает их в станок и обеспечивает правильное выполнение задач.

Витрина

В состав дисплейного блока входит монитор, используемый для отображения важной информации, такой как программы, инструкции и состояние устройства.

Станки

Станки включают в себя широкий спектр элементов ЧПУ, таких как подвижный стол и шпиндель. Стол перемещается по осям X и Y, а шпиндель управляется по оси Z. Для работы станка необходимы шпиндельные приводы и шпиндельные двигатели, которые являются наиболее важными элементами.

Чак

Патрон — это зажимное устройство, которое крепится к главному шпинделю и используется для фиксации инструмента на месте.

Головка грифа

Передняя бабка — это часть станка, к которой крепится заготовка или обрабатываемая деталь.

Задняя бабка

Задняя бабка используется для обеспечения дополнительной поддержки заготовки, что очень полезно при таких операциях, как токарная обработка и нарезание резьбы.

Задняя бабка

Шпиндель задней бабки используется для равномерного распределения заготовки между передней и задней бабками.

Система привода

Система привода состоит из усилительной схемы, шариковых приводных двигателей и ходовых винтов. Для обеспечения плавной работы станков с ЧПУ используются сервоприводы и серводвигатели переменного тока.

Система обратной связи

Система обратной связи отслеживает и предоставляет данные в режиме реального времени о процессе обработки, обеспечивая точность и аккуратность.

Система обратной связи

Система обратной связи состоит из элементов ЧПУ, включая датчики положения и перемещения, которые используются для отслеживания движения и местоположения инструмента. Эти датчики передают сигналы в блок управления станком (MCU), который затем вносит необходимые изменения в движение и положение стола и шпинделя для достижения требуемой точности.

Ножной переключатель или педаль

Ножной переключатель или педаль используется оператором станка с ЧПУ для открытия и закрытия патрона.

Ключевые отрасли, использующие ЧПУ

Обработка на станках с ЧПУ является одним из основных инструментов во многих отраслях промышленности, оказывая прямое или косвенное влияние на все области, нуждающиеся в производстве компонентов. Ниже приведен список ключевых отраслей и примеров применения обработки на станках с ЧПУ:

Аэрокосмическая отрасль

В аэрокосмической отрасли приходится иметь дело с деталями, требующими очень высокой точности и воспроизводимости. Обработка на станках с ЧПУ используется для изготовления лопаток турбин, оснастки для производства других деталей, камер сгорания ракетных двигателей и других важных компонентов.

Автомобильная промышленность

Автомобильная и машиностроительная промышленность. В автомобильной промышленности станки с ЧПУ считаются основным инструментом для изготовления высокоточных форм, используемых при литье таких деталей, как блоки цилиндров, и деталей с высокой точностью, таких как поршни. С другой стороны, портальные станки с ЧПУ используются для придания формы глиняным формам на этапе проектирования автомобиля.

Защита

Военные используют станки с ЧПУ для создания высокоточных компонентов с жесткими допусками, таких как детали ракет и стволы орудий. Станки с ЧПУ являются основой точности и скорости, необходимых для создания надежной военной техники.

Медицинский

Медицинские имплантаты часто изготавливаются из сложных органических форм с использованием современных сплавов. Станки с ЧПУ играют важную роль в этой области, поскольку ручные станки не способны обеспечить необходимую точность и сложность изготовления таких медицинских устройств.

Энергия

Энергетика. Энергетическая сфера техники достаточно широка и охватывает широкий спектр технологий, от паровых турбин до самых современных, таких как термоядерный синтез. Лопатки паровых турбин требуют точной балансировки, в то время как исследования и разработки в области термоядерного синтеза включают в себя обработку на станках с ЧПУ сложных форм из современных материалов для камер удержания плазмы.

Что следует включать в процесс механической обработки деталей.

При проектировании деталей, изготовленных механическим способом, крайне важно применять принципы проектирования для производства (DfM), используя производственный процесс в качестве ориентира. Ограничения для деталей, напечатанных на 3D-принтере, отличаются от ограничений для деталей, изготовленных механическим способом. Последние должны проектироваться в соответствии со специальными рекомендациями, чтобы гарантировать технологичность и эффективность производства.

Подрезки

Подрезы — это элементы, которые невозможно получить стандартными режущими инструментами. Инструмент блокируется частью заготовки. Для их создания необходимы специальные режущие инструменты Т-образной формы и особая конструкция заготовки.

Основные моменты, которые следует помнить об андеркатах

Стандартные размеры: Используйте размеры в целых миллиметрах, чтобы можно было подобрать стандартные размеры инструмента. В то время как стандартные разрезы можно выполнять очень мелкими шагами, для подрезов требуются более точные размеры.

Ширина и глубина: ширина подреза может составлять от 3 до 40 мм, а глубина равна удвоенной ширине, то есть глубине режущего инструмента.

По возможности избегайте подрезов: если подрезы можно устранить, производственный процесс упрощается, становится быстрее и менее сложным.

Придерживаясь этих соображений, конструкторы могут разрабатывать производительные и технологичные детали, изготовленные на станках с ЧПУ, в соответствии с возможностями и ограничениями процессов обработки на станках с ЧПУ.

Толщина стенки

Разница между формованными деталями, которые могут деформироваться при чрезмерной толщине стенок, и обработанными деталями, которые плохо переносят особенно тонкие стенки, заключается в том, что последние легко деформируются. Конструкторам не следует использовать тонкие стенки для обработанных деталей, и если тонкие стенки необходимы, следует выбирать литье под давлением. В случае механической обработки минимальная толщина стенки составляет 0,8 мм для металла и 1,5 мм для пластика.

Выступы

Глубокие и высокие участки трудно обрабатывать, поскольку они могут вызывать вибрацию режущего инструмента, что может повредить деталь или снизить точность. Чтобы этого избежать, высота выступающих элементов не должна превышать их ширину более чем в четыре раза.

Полости, отверстия и резьба

В процессе проектирования обработанных деталей необходимо учитывать ограничения режущих инструментов, используемых для создания полостей, отверстий и резьбы.

Полости и углубления: их глубина не должна превышать четырехкратную ширину полости. В результате углубления будут глубже, а скругления (закругленные кромки) неизбежны из-за диаметра режущего инструмента.

Отверстия: Глубина отверстий не должна превышать четырехкратную ширину сверла, а их диаметр, по возможности, должен соответствовать стандартным размерам сверл.

Резьба: Для крепежных элементов, таких как винты, глубина резьбы не должна превышать трехкратный диаметр винта.

Шкала

Детали, изготовленные на станках с ЧПУ по индивидуальному заказу. Размеры деталей ограничены рабочей зоной станка. При фрезеровании размеры деталей не должны превышать 400 x 250 x 150 мм. При токарной обработке размеры деталей не должны превышать Ø 500 x 1000 мм. Более крупные детали могут обрабатываться с помощью специализированного оборудования, однако это требует предварительной консультации с оператором станка.

Обработка поверхности деталей

Обработанные детали могут подвергаться нескольким процессам последующей обработки для изменения их поверхностной обработки и внешнего вида. Они могут использоваться в функциональных или декоративных целях.

После механической обработки: это не обработка поверхности, и ее можно использовать для многих внутренних функциональных компонентов, не имеющих эстетического назначения.

Пескоструйная обработка: Этот процесс, выполняемый путем воздействия абразивными материалами на обрабатываемую деталь, придает ей матовый вид. Зернистость наждачной бумаги можно менять по мере необходимости. Тем не менее, пескоструйная обработка может быть не лучшим вариантом для мелких деталей, поскольку она удаляет материал и может изменить геометрию обрабатываемых деталей.

Анодирование: Анодирование — это процесс электролитической пассивации, подходящий для обработанных алюминиевых деталей. Оно обеспечивает устойчивое к царапинам и окрашенное покрытие. Анодирование типа II обеспечивает коррозионно-стойкое покрытие, в то время как анодирование типа III более толстое и обеспечивает как износостойкость, так и коррозионную стойкость.

Порошковая покраска: Эта процедура включает в себя распыление порошковой краски выбранного цвета на обработанную деталь, после чего она запекается в печи. В результате образуется твердый, устойчивый к царапинам и коррозии слой, более долговечный, чем обычные лакокрасочные покрытия.

Основные выводы

В условиях быстро меняющегося технологического развития считается, что аддитивное производство в конечном итоге заменит обработку на станках с ЧПУ. Однако наиболее вероятным сценарием является формирование производственных центров, состоящих из станков, объединяющих различные технологии. Эти высокоразвитые процессы включают в себя как аддитивные, так и субтрактивные элементы, что позволяет им выполнять задачи, недоступные при использовании одной технологии. Прототипы таких комбинированных систем уже существуют, и эти модели демонстрируют потенциал гибридного подхода к производству.