Фрезерование с ЧПУ vs Токарная обработка с ЧПУ – в чем разница
Клиенты, обращающиеся к нам, часто запрашивают услуги обработки с ЧПУ, когда хотят изготовить металлическую деталь со сложной формой. Хотя использование…
ЧПУ токарная обработка является одним из ключевых методов производства. С ее помощью изготавливаются цилиндрические детали с различными контурами.
В машиностроении невозможно обойтись без валов для передачи мощности от двигателя к подвижным частям. Валы, разумеется, требуют токарной обработки. Но токарные и расточные работы на станках с ЧПУ широко применяются в различных отраслях для производства, как правило, осесимметричных деталей.
Токарная обработка — это процесс механической обработки с удалением материала с помощью режущего инструмента для создания цилиндрических деталей. Инструмент перемещается вдоль оси заготовки, которая вращается, формируя винтовую траекторию инструмента.
Термин “токарная обработка” относится к созданию деталей путем резки по наружной поверхности. Противоположностью токарной обработки является расточка, при которой на токарных станках создаются полые детали, например, втулки.
Токарный станок исторически является одним из первых устройств для полуавтоматического изготовления деталей. Сегодня большинство компаний предоставляют услуги токарной обработки с ЧПУ, что означает почти полную автоматизацию процесса от начала до конца.
ЧПУ — это числовое программное управление, при котором компьютерные системы управляют оборудованием. Ввод осуществляется в виде цифрового кода, который контролирует все перемещения инструмента, скорость вращения, а также вспомогательные функции, например, подачу охлаждающей жидкости.
Из чего состоит процесс токарной обработки? Хотя непосредственно резка довольно проста, рассмотрим полную последовательность, начинающуюся с создания CAD-файла.
Этапы процесса:
Первые два этапа могут идти по отдельности или параллельно. Один из вариантов — создать файл в CAD-программе и отправить его в производство. Производственный инженер затем составляет управляющий G-код и M-код для обработки.
Другой способ — использовать CAD-CAM программное обеспечение, которое позволяет инженеру-конструктору проверить технологичность детали. Мощные средства моделирования позволяют визуализировать весь процесс от заготовки до готового изделия, учитывая требования к финишной обработке.
Наконец, существует и ручной способ создания управляющего кода. Например, невозможно автоматически сгенерировать код на основе 2D-чертежа, оставляя два варианта — писать код вручную или сначала создать 3D-модель.
Даже самые современные CAM-программы не всегда обеспечивают идеальный результат, поэтому рекомендуется проверять сгенерированные инструкции.
Далее идет настройка станка. Здесь важна роль оператора. Хотя современные токарные станки с ЧПУ выполняют большую часть работы автоматически, оператор по-прежнему играет ключевую роль.
Шаги по настройке токарного центра с ЧПУ:
Лучший способ понять суть производства — посмотреть видео выше. В нем показаны как токарная обработка, так и расточка. Здесь заготовкой служит не круглый пруток, как обычно, а шестигранный профиль — это позволяет избежать последующего фрезерования на ЧПУ.
В зависимости от сложности детали может потребоваться один или несколько циклов обработки. Расчеты времени цикла определяют итоговое время производства, необходимое для оценки стоимости. Время цикла токарной обработки включает:
Параметры токарной обработки на ЧПУ зависят от различных факторов: материала детали и инструмента, размеров инструмента, требований к чистоте поверхности и т.д.
К основным параметрам токарной обработки относят:
Рассмотрим основные компоненты токарного центра.
Передняя бабка токарного станка с ЧПУ расположена в передней части станка. Здесь находится приводной двигатель и механизмы для вращения шпинделя.
Патрон или цанга крепятся к шпинделю и удерживают заготовку во время обработки.
Патрон зажимает обрабатываемую деталь своими кулачками. Он крепится непосредственно к шпинделю и может заменяться для обработки деталей разного размера.
Цанга — это, по сути, уменьшенный вариант патрона. Она подходит для заготовок диаметром до 60 мм и обеспечивает более надежный захват мелких деталей.
Находится на противоположном конце токарного центра с ЧПУ. Задняя бабка крепится к станине и служит для поддержки длинных заготовок. Пиноль задней бабки поддерживает заготовку за счет гидравлической силы.
Движение и вращение обеспечивает шпиндель, задняя бабка лишь поддерживает деталь. Использование задней бабки невозможно при необходимости торцевания, так как она будет мешать инструменту.
Станина — это опорная плита, на которой располагаются все остальные части станка. Суппорт перемещается по станине, которая подвергается термической обработке для повышения износостойкости.
Суппорт скользит по направляющим вдоль вращающейся заготовки. На нем крепятся инструменты, что позволяет выполнять процесс резания.
Современные станки обычно оснащаются револьверной головкой, заменяющей суппорт. Она позволяет одновременно закрепить большее количество инструментов, что сокращает время переналадки между операциями.
Обрабатывающие центры с ЧПУ могут быть оснащены приводным инструментом. В то время как для большинства токарных операций подходят одноточечные резцы, приводной инструмент — это фрезы, сверла и другие инструменты с собственным приводом. Это позволяет изготавливать шпоночные пазы или отверстия, перпендикулярные оси детали, без использования дополнительного оборудования.
Здесь реализуется числовое программное управление. “Мозг” токарного станка с ЧПУ находится за панелью управления. Через нее оператор может корректировать и запускать программу.
Существует широкий выбор токарных станков с ЧПУ, каждый из которых обладает уникальными характеристиками, а некоторые — более высокой автоматизацией. Каждый тип находит свое место — будь то небольшие заказы в мелких мастерских или серийное производство.
Как следует из названия, достаточно компактен, чтобы устанавливаться на специально оборудованный верстак. Однако он все же больше микротокарных и мини-токарных станков.
Отлично подходит для универсальных работ или как специальный инструмент для любителей — может выполнять множество необходимых операций. Настольный станок требует высокой квалификации оператора, так как автоматизация практически отсутствует.
Самый распространенный тип токарного станка. Название закрепилось с XIX века, когда такие станки выделялись среди ручных благодаря паровому приводу. С начала XX века их начали оснащать электродвигателями.
Использование коробок передач в передней бабке упростило выбор скорости шпинделя, а высокоскоростные станки стали стандартом. Это подтолкнуло отрасль к поиску способов увеличения срока службы инструмента. Появление сменных твердосплавных пластин стало отличным решением.
В результате универсальные токарные станки способны выполнять ЧПУ обработку на высокой скорости, что сокращает время и снижает затраты. Хотя такие станки все еще распространены в мастерских, именно они стали основой для дальнейшего развития и автоматизации обработки.
Похож на универсальный, но с рядом отличий. Обычно имеет меньшие габариты для установки в ограниченном пространстве. Вместе с тем, обладает расширенными возможностями, поэтому относится к более профессиональному оборудованию.
Инструментальные токарные станки оснащаются патронами и цангами, механизмом для нарезки конусов и другими опциями, которых нет у простых настольных станков.
Эти типы станков во многом взаимозаменяемы по выполняемым операциям. Как уже говорилось, использование револьверной головки существенно расширяет возможности автоматизации. Также на одном рабочем месте можно выполнять гораздо больше операций.
От токарной обработки и расточки до сверления, резьбонарезания и изготовления шпоночных пазов — все возможно без смены инструмента. Револьверная головка держит все нужные инструменты одновременно, что позволяет быстро переходить от одной операции к другой.
Сочетание ЧПУ с минимальным ручным трудом позволяет серийно производить практически идентичные детали.
Швейцарские станки работают с очень малыми допусками и короткими циклами, что делает их привлекательным вариантом для массового производства сложных деталей.
В этих станках используется подвижная передняя бабка, позволяющая перемещать заготовку вдоль оси Z в процессе обработки. То есть для продольной обработки инструменты подаются внутрь, а материал сам перемещается вперед-назад вдоль оси Z. Это обеспечивает обработку вблизи опорной втулки, где заготовка жестко закреплена, что исключает деформацию и вибрации.
Многошпиндельные станки имеют более одного шпинделя. Дополнительная производительность особенно востребована при массовом производстве.
Настройка такого станка требует значительного времени, поэтому сочетание этого фактора и высокой стоимости самого оборудования оправдывает себя только при крупносерийном производстве. В таких условиях можно получать одинаковые детали с высокой точностью, минимальным временем цикла и практически без ручного труда помимо первоначальной наладки.
Таким образом, крупносерийное производство позволяет значительно снизить стоимость ЧПУ обработки.
Хотя некоторые из вышеуказанных типов также оснащаются ЧПУ, отдельно стоит отметить токарные станки с числовым программным управлением.
ЧПУ — это компьютерное управление, обеспечивающее функционирование станка в определенной степени. Степень автоматизации зависит от конкретной модели: они могут быть полностью или частично автоматизированы.
Полуавтоматические токарные станки с ЧПУ требуют большего участия оператора, тогда как полностью автоматические центры выполняют все операции — от установки заготовок до смены инструмента.
Высокоточные ЧПУ-станки — лучшее, что может предложить современная промышленность. Возможна цифровизация всего процесса — от создания CAD-модели до получения готовой детали. Кроме того, защитные кожухи значительно снижают риски для персонала, поскольку управление всеми процессами осуществляется с помощью компьютера, без прямого контакта с движущимися частями.
Наиболее распространенная система обозначения осей на традиционном токарном станке с ЧПУ такова:
Ось Z идет параллельно оси детали. Таким образом, инструмент может перемещаться вдоль стороны заготовки, которая вращается вокруг оси Z (C). Перемещение по оси Z определяет длину детали.
Ось X перпендикулярна оси Z. Инструмент может перемещаться к детали и от нее по оси X, определяя диаметр детали.
ЧПУ токарная обработка позволяет выполнять широкий спектр операций. Некоторые из них уже были упомянуты, но рассмотрим их подробнее для лучшего понимания возможностей токарных станков.
Самая распространенная операция. Одноточечный инструмент перемещается вдоль оси заготовки, снимая материал с поверхности детали. Позволяет формировать ступени, конусы и другие контуры. Обычно требуется несколько проходов для достижения требуемого результата.
Благодаря высокой точности, достигаемой при точении, посадки и допуски обычно рассчитываются по системе отверстий. Добиться жестких допусков при токарной обработке проще, чем при сверлении.
Торцевание снимает слой материала с торца заготовки. Обычно операция выполняется для получения требуемой чистоты поверхности. Глубина реза невелика, поэтому достаточно одного прохода. Движение инструмента — перпендикулярно оси вращения.
Аналогично торцеванию, инструмент движется перпендикулярно оси вращения. Однако проточка выполняется не по торцу, а вдоль боковой поверхности. Если ширина канавки равна ширине инструмента, достаточно одного прохода. В противном случае потребуется несколько проходов.
Также известна как “отрезание”. Этот термин точно отражает суть операции. Процесс схож с проточкой канавки, но режущий инструмент доходит до оси детали, отделяя ее часть.
Речь идет о нарезании наружной резьбы на поверхности детали. Параметры резьбы настраиваются, а для достижения требуемого результата может понадобиться несколько проходов.
Первая внутренняя операция в списке. В традиционном точении сверление выполняется на торце детали, строго по оси. Поскольку деталь вращается, инструмент может оставаться неподвижным. Новые токарные центры с ЧПУ и приводным инструментом позволяют сверлить перпендикулярные отверстия на боковых поверхностях.
Противоположность точению: те же операции выполняются с внутренней поверхности. Расточка требует предварительного сверления для ввода инструмента в заготовку. Затем отверстие можно расширять одноточечными резцами, добавлять ступени, фаски и т.п.
Развертывание — это процесс, при котором многолезвийный инструмент с проточками увеличивает уже существующее отверстие. В результате получают очень гладкую поверхность с точными допусками. Операция внешне напоминает сверление.
Как и развертывание, требует предварительно просверленного отверстия. Метчик нарезает внутреннюю резьбу. Размер отверстия должен соответствовать размеру резьбы — быть близким к диаметру вершины резьбового профиля.
Помимо типов станков, различают и категории по подходящим материалам. Для обработки дерева, металла и стекла используются разные станки, поскольку для каждого материала требуются особые характеристики и режимы резания.
По форме заготовки подходят квадратные, круглые, шестигранные и другие профили. Как показано в одном из видео выше, нестандартный профиль может быть полезен, если итоговая деталь не круглая по всему сечению.
В числе подходящих материалов для токарной обработки:
Токарная обработка — одна из основ производственной индустрии. Получение точных результатов при изготовлении осесимметричных деталей достигается наиболее эффективно именно этим методом. Гибкость и производительность позволяют серийно выпускать практически идентичные изделия.
Сегодня крупные центры ЧПУ могут совмещать фрезерование и токарную обработку. Фрезерные станки добавляют дополнительные возможности, что делает такие машины особенно мощными при производстве сложных деталей.
