Обработка с ЧПУ (числовым программным управлением) была основой автоматизированной обработки до того, как ее заняли компьютерные системы. Хотя современные станки с ЧПУ доминируют на большинстве производственных площадок сегодня, обработка с ЧПУ все еще играет свою роль в некоторых отраслях. Это руководство предлагает полный анализ обработки с ЧПУ — как она работает, для чего используется и как она сравнивается с обработкой с ЧПУ.
Что такое обработка на станках с ЧПУ?
Числовое программное управление (ЧПУ) — это метод, который использует перфоленту с кодами для управления станками. Эти коды включают в себя числа, буквы и символы. Станок считывает отверстия в ленте и перемещает свои режущие инструменты по траекториям, описанным кодом. Инженеры и операторы использовали ЧПУ-обработку до того, как компьютеры стали обычным явлением на заводах.
По сути, обработка на станках с ЧПУ была самой ранней версией автоматизированного производства деталей до того, как в этот процесс были интегрированы цифровые компьютеры.
Краткая история обработки на станках с ЧПУ
Возникновение обработки на станках с ЧПУ относится к концу 1940-х годов. Она получила импульс в начале 1950-х годов благодаря работе Джона Т. Парсонса и Массачусетского технологического института. В 1952 году Ричард Кегг совместно с Массачусетским технологическим институтом запатентовал первый станок с ЧПУ.
С 1950-х до начала 1960-х годов станки с ЧПУ представляли собой скачок вперед по сравнению с ручной обработкой, позволяя производить повторяемую и точную продукцию. Однако к концу 1960-х и 1970-м годам компьютеры начали заменять ленты, что привело к разработке станков с ЧПУ (числовым программным управлением).
Процесс обработки на станках с ЧПУ шаг за шагом
Хотя станки с ЧПУ не используют компьютеры, этапы обработки по своей концепции очень похожи на ЧПУ. Обработка с ЧПУ основана на перфоленте, которая содержит запрограммированные инструкции. Эти инструкции декодируются с помощью световых датчиков и преобразуются в электрические сигналы. Затем сигналы отправляются на двигатели, которые приводят в движение головку инструмента по осям X, Y и Z.
Вот как протекает процесс NC:
- Подготовка программы: Создайте программу на перфоленте, используя закодированные инструкции.
- Ввод программы: Вставьте ленту в считывающее устройство.
- Настройка заготовки: Закрепите сырье на станине машины.
- Исполнение машины: Система считывает ленту и соответствующим образом разрезает материал.
- Ручная регулировка: При многосторонних операциях оператор может вручную перемещать деталь.
Основные компоненты станка с ЧПУ
Правильная работа каждого станка с ЧПУ зависит от нескольких важнейших деталей:
- Контроллер: Контроллер интерпретирует закодированные инструкции и генерирует электрические сигналы для управления двигателями.
- Станки: Инструменты, такие как сверла, концевые фрезы и токарные станки, выполняют физическую резку, сверление или формовку.
- Входной средний: Традиционные системы используют перфоленту; более новые машины с ЧПУ могут принимать дискеты или USB-накопители.
- Сервомоторы: Эти двигатели преобразуют сигналы контроллера в точные движения инструмента.
- Устройства обратной связи: Датчики, энкодеры или резольверы передают данные о положении в реальном времени обратно на контроллер.
- Приспособления для крепления рабочих деталей: Патроны, тиски или зажимы фиксируют заготовку от усилий, возникающих при обработке.
- Подача охлаждающей жидкости: Системы охлаждения отводят тепло, уменьшают трение и способствуют удалению стружки.
Датчики в станках с ЧПУ обеспечивают точность и безопасность:
- Датчики положения (энкодеры/резольверы) предоставляют данные о местоположении инструмента.
- Датчики силы обнаружить чрезмерные усилия резания для предотвращения поломки инструмента.
- Температурные датчики контролировать накопление тепла в инструментах и заготовках.
- Датчики вибрации выявляют дребезжание или резонанс, побуждая систему замедлять подачу или регулировать скорость.
Стратегии контроля делятся на два основных типа:
| Тип системы | Описание | Типичные варианты использования |
|---|---|---|
| Открытый цикл | Нет обратной связи; следует заданным инструкциям без исправления | Простое сверление, образовательные установки |
| Замкнутый цикл | Считывает обратную связь датчика и корректирует положение инструмента в режиме реального времени | Высокоточные детали для аэрокосмической и медицинской промышленности |
Типичные типы станков с ЧПУ
Ниже приведен краткий обзор основных типов станков с ЧПУ, которые исторически использовались на предприятиях:
- Фрезерный станок с ЧПУ: Автоматизированная резка призматических (блочных) деталей.
- NC токарный (Токарный станок): Токарная обработка и торцевание цилиндрических заготовок.
- Маршрутизатор с ЧПУ: Вырезание шаблонов на деревянных или пластиковых панелях.
- Листогибочный пресс с ЧПУ: Гибка и формовка листового металла.
- Шлифовальный станок с ЧПУ: Плоское шлифование и хонингование плоских поверхностей.
- Машины непрерывного действия (контурные): Плавное перемещение инструментов по нескольким осям одновременно.
- Машины точка-точка (PTP): Перемещайте инструменты из одного определенного места в другое, не следуя определенному пути.
Расчет стоимости станков с ЧПУ
Хотя сегодня станки с ЧПУ редко покидают заводы, цены на рынке подержанных машин могут быть:
| Категория машины | Типичный диапазон цен на б/у |
|---|---|
| Фрезерование с ЧПУ (3-х осевое) | 10,000 $ - $ 30,000 |
| NC токарный | 8,000 $ - $ 25,000 |
| Листогибочный пресс с ЧПУ | 15,000 $ - $ 50,000 |
| Фрезерование с ЧПУ (3 оси) | 50,000 $ - $ 150,000 |
Для сравнения, цены на новые станки с ЧПУ начинаются от $50,000 500,000 за базовые модели. Высококлассные пятикоординатные центры могут превышать $XNUMX XNUMX.
Виды услуг по обработке на станках с ЧПУ
Обработка на станках с ЧПУ выходит за рамки базовой резки и охватывает широкий спектр автоматизированных процессов металлообработки и контроля.
- Фрезерование с ЧПУ: использует вращающийся многоточечный резак для удаления материала по запрограммированным осям X–Y–Z, идеально подходит для создания призматических деталей, таких как корпуса, кронштейны и пластины.
- Токарная обработка с ЧПУ: Вращение заготовки относительно неподвижного режущего инструмента для формирования валов, втулок, резьбы и контуров; поддержка операций торцевания, проточки канавок и нарезания резьбы за одну установку.
- Формовка листового металла: Сгибает, пробивает или штампует листовой металл, придавая ему нужную форму с помощью листогибочных прессов с ЧПУ или штамповочных штампов, идеально подходит для корпусов, панелей и кронштейнов.
- Маршрутизация NC: Направляет шпиндель фрезера для резки или вырезания профилей в более мягких материалах, таких как дерево, пластик или композиты, которые обычно используются для изготовления вывесок, шаблонов для литья и декоративных панелей.
- Плоскошлифовальный: Перемещает шлифовальный круг по поверхности заготовки в замкнутом контуре управления для достижения идеальной плоскостности и гладкой отделки, часто используется после фрезерования для высокоточных компонентов.
- Точечная сварка: позиционирует сварочные электроды и регулирует сварочный ток и время для соединения деталей из листового металла в точных точках, широко применяется при сборке автомобилей и электроники.
- Автоматическое черчение: гравирует текст, номера деталей или простые чертежи на поверхностях компонентов путем перемещения стилуса или резака по заданным траекториям, что полезно для устаревшей маркировки, когда системы САПР недоступны.
Готовы ли вы оптимизировать свое производство с помощью надежной автоматизированной обработки? Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить, как наши услуги по фрезерованию, токарному делу, формовке и инспекции на станках с ЧПУ могут сократить трудозатраты, улучшить последовательность и снизить ваши затраты — давайте создавать прецизионные детали вместе.
Готовы к своему проекту?
Попробуйте BOYI TECHNOLOGY прямо сейчас!
Загрузите свои 3D-модели или 2D-чертежи, чтобы получить индивидуальную поддержку
Материалы, подходящие для обработки на станках с ЧПУ
Станки с ЧПУ могут работать с тем же диапазоном материалов, что и станки с ЧПУ. Выбор материала зависит больше от режущего инструмента, чем от метода управления. Распространенные материалы включают:
- Драгоценные металлы : Алюминий, сталь, латунь, титан.
- Керамический гранулированный песок для гидроразрыва : Оксид алюминия, карбид кремния.
- пластики: Акрил, делрин, нейлон.
- Дерево: Твердые породы древесины (дуб), хвойные породы древесины (сосна).
- композиты: Углеродное волокно, стекловолокно.
- Пены: Уретан, полистирол.
- Резина: Неопрен, силикон.
Выбор материала зависит от материала режущего инструмента, геометрии, скорости подачи и скорости вращения шпинделя, а не от самого метода управления.
Преимущества и ограничения обработки на станках с ЧПУ
Даже в эпоху ЧПУ, ЧПУ предлагает преимущества в определенных контекстах:
- Заводы могут приобретать бывшие в употреблении станки с ЧПУ по цене, составляющей лишь малую часть стоимости новых центров с ЧПУ.
- Станки с ЧПУ автоматизируют повторяющиеся задачи. Операторы ЧПУ нужно только загружать и выгружать детали.
- Станки с ЧПУ часто занимают меньше места, чем полнофункциональные обрабатывающие центры с ЧПУ.
- Системы ЧПУ точно следуют инструкциям на ленте, что снижает вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором.
Магазины, переезжающие за пределы Северной Каролины, часто делают это по следующим причинам:
- Аналоговые сигналы и старые системы двигателей работают медленнее, чем современные приводы с ЧПУ.
- Цифровые системы ЧПУ используют дискретные двоичные данные. Они могут достигать более жестких допусков, чем аналоговые станки с ЧПУ.
- Изменение программы перфоленты занимает время. Оператор должен создать новую ленту или вручную редактировать отверстия.
- NC-машины не могут хранить несколько программ. Они считывают одну ленту за раз.
- Оператор не может на ходу изменять такие параметры, как скорость шпинделя или скорость подачи.
Основные инструменты для обработки на станках с ЧПУ
Для успешной настройки обработки на станках с ЧПУ требуются различные инструменты и устройства:
- Держатели инструментов: Закрепите режущие инструменты в шпинделе или револьверной головке.
- Режущие инструменты: Сверла, концевые фрезы, метчики и развертки из таких материалов, как быстрорежущая сталь или твердый сплав.
- Управление чипом: Конвейеры или вакуумные системы для уборки мусора.
- Приспособления для крепления рабочих деталей: Тиски, зажимы и патроны для надежного удержания деталей.
- Измерительные приборы: Штангенциркули, микрометры и высотомеры для контроля после обработки.
- Программное обеспечение для программирования: Пакеты CAD и CAM для создания и моделирования программ обработки.
- Подача охлаждающей жидкости: Трубы, насосы и форсунки для подачи охлаждающей жидкости в зону резания.
Системы управления ЧПУ
Системы управления с ЧПУ различаются по способу обработки входных данных и корректировки операций:
| Тип системы | Описание | Общие случаи использования |
|---|---|---|
| Открытый цикл | Выполняет команды без обратной связи. | Простая резка и сверление |
| Замкнутый цикл | Отслеживает обратную связь и исправляет ошибки в режиме реального времени. | Прецизионные аэрокосмические компоненты |
| Точка-точка | Перемещается в отдельные позиции для выполнения операций. | Точечная сварка и сборка |
| оконтуривание | Следование непрерывным траекториям для создания гладкой поверхности. | Сложная фрезеровка и гравировка |
Программное обеспечение для обработки на станках с ЧПУ
Программные средства упрощают переход от проектирования к готовой детали. Ключевые категории программного обеспечения включают:
- САПР (Проектирование): AutoCAD, SolidWorks, CATIA.
- CAM (траектория инструмента): Mastercam, Fusion 360, Siemens NX.
- Генераторы G-кода: CAMWorks, HSMWorks.
- Симуляторы: Vericut, NCSimul.
- Управление машиной: FANUC, Siemens Sinumerik, Heidenhain.
- Управление инструментами: TDM Systems, Zoller.
- Контроль качества: ПК-DMIS, CMM-Manager.
- Сбор данных: MTConnect, OPC UA.
Распространенные области применения обработки на станках с ЧПУ
Отрасли по всему миру используют обработку на станках с ЧПУ для производства деталей, которые должны соответствовать жестким допускам и сложной геометрии. Основные секторы включают:
- Аэрокосмическая индустрия: Лопатки турбин, структурные кронштейны и сложные компоненты планера.
- Автомобильная: Блоки двигателей, трансмиссии и компоненты шасси.
- Мед: Хирургические инструменты, ортопедические имплантаты и стоматологические приспособления.
- Electronics: Корпуса, радиаторы и разъемы.
- Защита: Детали оружия, компоненты военной техники и точные приборы.
- Энергия: Рабочие колеса насосов, компоненты клапанов и детали ветряных турбин.
Обработка на станках с ЧПУ против обработки на станках с ЧПУ
Хотя ЧПУ и NC имеют общую цель — автоматизацию обработки, они различаются по нескольким ключевым параметрам:
| Особенность | Обработка с ЧПУ | Обработка CNC |
|---|---|---|
| Программирование Средство | Перфоленты, карты | Цифровые файлы (G-код в памяти) |
| Система контроля | Фиксированный аналоговый или ранний цифровой | Усовершенствованные компьютерные контроллеры |
| Гибкость | Низкий — только ручные обновления | Высокая — изменения программного обеспечения в реальном времени |
| Обратная связь в реальном времени | Минимальные | Обширный — датчики и замкнутые контуры управления |
| Уровень автоматизации | Умеренный — требуется ручная настройка | Высокая — автоматическая смена инструмента и обработка деталей |
| Точность и аккуратность | Хорошо, но зависит от навыков оператора | Превосходно — динамическая коррекция и оси высокого разрешения |
| Диапазон материалов | Металлы и простые пластмассы | Металлы, пластики, композиты, керамика |
| Время установки | Долго — подготовить физические носители | Короткая загрузка цифровой программы |
| Операторское мастерство | Высокие навыки механики и программирования | Высокая цифровая и программная компетентность |
| Цена | Более низкая первоначальная стоимость, более высокие долгосрочные затраты на рабочую силу | Более высокая первоначальная стоимость, более низкие эксплуатационные затраты на рабочую силу |
| Энерго эффективность | Нижний — старые двигатели и приводы | Выше — современные приводы с адаптивным управлением |
| Обслуживание | Частые механические проверки | Прогностическое обслуживание посредством диагностики |
Заключение
Обработка на станках с ЧПУ ознаменовала первый шаг к автоматизированному производству. Она использовала перфоленты и аналоговые сигналы для управления режущими инструментами. Современные системы ЧПУ строятся на этих идеях с цифровой памятью и компьютерным управлением.
Даже с современными альтернативами обработка на станках с ЧПУ по-прежнему дает ценность для базовых, повторяющихся задач. Она обеспечивает автоматизацию с меньшими первоначальными затратами. Она остается полезным вариантом, когда заводам требуется простое производство деталей без расширенных функций управления.
От сложных металлических деталей до высокоточных пластиковых прототипов — BOYI Technology предлагает комплексное решение Обработка с ЧПУ с учетом ваших потребностей. Просто загрузите файлы вашего дизайна на получать мгновенные котировки, экспертная инженерная поддержка и быстрые сроки выполнения работ.
Готовы к своему проекту?
Попробуйте BOYI TECHNOLOGY прямо сейчас!
Загрузите свои 3D-модели или 2D-чертежи, чтобы получить индивидуальную поддержку
FAQ
Да, обработка на станках с ЧПУ по-прежнему применяется в специализированных приложениях и устаревших системах, но многие предприятия перешли на ЧПУ для повышения эффективности и производительности.
Станки с ЧПУ могут формировать детали в соответствии с запрограммированными инструкциями, но они испытывают трудности с обработкой сложных геометрических форм по сравнению с системами контурной обработки с ЧПУ.
Обработка на станках с ЧПУ использует физические носители, которые необходимо повторно перфорировать для внесения изменений. Обработка на станках с ЧПУ сохраняет программы в цифровом виде, что позволяет вносить мгновенные изменения.
Статья написана инженерами из команды BOYI TECHNOLOGY. Фуцюань Чен — профессиональный инженер и технический эксперт с 20-летним опытом работы в сфере быстрого прототипирования, производства металлических и пластиковых деталей.
