Що таке верстат з ЧПУ?
Верстат з ЧПК – це верстат, яким можна керувати за допомогою комп’ютерної програми. Він може автоматично виконувати різні складні обробні завдання відповідно до попередньо встановлених програм обробки. ЧПК – це абревіатура від «Computer Numerical Control» (числове програмне керування).
Обробка на верстатах з ЧПК – це субтрактивний виробничий процес, у якому використовуються верстати з комп'ютерним керуванням для видалення матеріалу заготовки для виготовлення деталей. Зазвичай верстати з ЧПК автоматично планують шлях обробки на основі тривимірної CAD-моделі та керують інструментом для різання вздовж шляху для досягнення форми деталі.
У цій статті буде представлено різні типи верстатів з ЧПУ та принципи їхньої роботи.
1. Фрезерний верстат з ЧПК
Фрезерний верстат з ЧПК схожий на фрезерний верстат з ЧПК, але зазвичай використовується для обробки м'якших матеріалів і, як правило, менш точний, ніж фрезерні верстати з ЧПК. Фрезерні верстати з ЧПК відомі своєю здатністю використовувати числове програмне керування для прокладання траєкторій шпинделя та верстата для проектування та формування таких матеріалів, як деревина, сталь, пінопласт, композити, алюміній та пластик.
Фрезерні верстати з ЧПК зазвичай складаються з крокових двигунів, крокових драйверів, механічної основи, шпинделя, контролерів та джерела живлення. Фрезерні верстати з ЧПК допомагають зменшити кількість відходів, підвищити продуктивність і точність, а також швидше виробляти продукцію.
2. Свердлильний верстат з ЧПУ
Свердлильний верстат з ЧПК використовується для обробки, яка вимагає створення циліндричних отворів у заготовці шляхом свердління. Він використовує обертові свердла, конструкція яких дозволяє відходам металу, відомим як стружка, відпадати від заготовки під час виготовлення отворів.
Існує кілька поширених типів свердел, які можна використовувати зі свердлильним верстатом з ЧПК, кожен з яких підходить для різних застосувань. До типів належать точкові свердла для початкового свердління отворів, свердла з виїмковим отвором для глибокого свердління отворів, гвинтові свердла для точних отворів та патронні розв'язувачі для обробки отворів до потрібного розміру.
Як і інші верстати з ЧПК, свердлильний верстат з ЧПК використовує числове керування комп'ютером для автоматизації процесу свердління. Він керує розташуванням свердла та схемами руху відповідно до запрограмованих траєкторій інструменту. Це дозволяє прецизійно свердлити кілька отворів у заготовці з точністю та повторюваністю. Свердлильні верстати з ЧПК корисні, коли великі обсяги деталей потребують однакових схем або розмірів отворів, виготовлених за допомогою автоматизованих процесів свердління.
3. Токарний верстат з ЧПК
Токарний верстат з ЧПК використовується для обробки, що включає токарну обробку або формування обертових заготовок. Він використовує одноточкові різальні інструменти, конструкція яких змінюється залежно від конкретного застосування токарної обробки, такого як чорнова обробка, чистова обробка, нарізання різьби, формування, підрізання, відрізання та пазування.
Токарний верстат з ЧПК автоматизує процес точіння за допомогою числового програмного керування. Він керує розташуванням та рухами ріжучого інструменту відповідно до запрограмованих траєкторій інструменту. Це дозволяє виготовляти складні форми та геометрії з циліндричних заготовок з точністю та повторюваністю.
Існують різні типи токарних верстатів з ЧПК, що підходять для різних застосувань. До поширених типів належать револьверні токарні верстати, придатні для масового виробництва з автоматичною зміною інструменту, токарні верстати з двигуном для загального токарного оброблення та токарні верстати спеціального призначення, розроблені для обробки певних геометрій або матеріалів.
Процес токарного різання з ЧПК підвищує продуктивність порівняно з ручними токарними верстатами, забезпечуючи безпілотну роботу та виробництво кількох деталей за точними специфікаціями. Токарні верстати з ЧПК особливо корисні в автомобільній, аерокосмічній та прецизійній промисловості, де потрібно точно та ефективно обробити велику кількість токарних компонентів.
4. 5-осьовий верстат з ЧПК
5-осьовий верстат з ЧПК розширює можливості традиційних 3-осьових фрезерних верстатів, додаючи дві додаткові осі обертання, що дозволяє обробляти складні геометрії за один раз.
Окрім трьох лінійних осей (X, Y, Z) для позиціонування різального інструменту, 5-осьовий верстат з ЧПК має або дві додаткові осі обертання на різальному шпинделі, або поворотний стіл. Це забезпечує ще два ступені свободи для позиціонування заготовки.
Нахиляючи та обертаючи затискне пристосування (цапфовий стіл), 5-осьовий верстат дозволяє ріжучому інструменту отримувати доступ та обробляти п'ять граней призматичної заготовки під кутом 90 градусів без необхідності переналаштовувати заготовку між операціями.
Дві додаткові осі обертання (зазвичай їх називають віссю А та віссю С) значно підвищують ефективність обробки, усуваючи необхідність багаторазового затискання та налаштування. Складні геометрії, такі як фігурні форми, можна повністю обробити за один раз на 5-осьовому верстаті з ЧПК.
Він знаходить широке застосування в аерокосмічній, прес-формовій та медичній промисловості, де поширені складні деталі. 5-осьова обробка з ЧПК також часто використовується для скульптури завдяки своїй здатності обробляти поверхні вільної форми.
5. Фрезерний верстат з ЧПУ
Фрезерний верстат з ЧПК використовує обертові багатогранні різальні інструменти для точного формування та обробки заготовок. До поширених фрезерних інструментів належать кінцеві фрези, гвинтові фрези та фасочні фрези, які можна орієнтувати горизонтально або вертикально залежно від конкретного застосування фрезерування.
Фрезерний верстат з ЧПК автоматизує процес фрезерування за допомогою числового програмного керування. Він керує розташуванням ріжучого інструменту та траєкторією руху відповідно до запрограмованих траєкторій. Це дозволяє виготовляти складні профілі та геометрії із сировини або виливків з точністю та повторюваністю.
Фрезерні верстати з ЧПК, також відомі як фрезерні верстати або фрезерні станки, доступні як у горизонтальному, так і у вертикальному виконанні. Базові фрезерні верстати з ЧПК забезпечують три лінійні осі руху (X, Y, Z), тоді як більш досконалі моделі включають додаткові осі обертання для покращення доступності.
До поширених типів фрезерних верстатів з ЧПК належать ручні фрезерні верстати для обробки дрібних деталей, прості або вертикальні фрезерні верстати для загальної обробки, універсальні фрезерні верстати, придатні для різноманітних операцій, та універсальні фрезерні верстати, що пропонують максимальну гнучкість завдяки чотирьом або п'яти осям.
Процес фрезерування на верстатах з ЧПК підвищує продуктивність порівняно з ручними фрезерними верстатами. Він дозволяє безпілотне та масове виробництво фрезерованих компонентів з жорсткими допусками. Фрезерні верстати з ЧПК широко використовуються в обробній промисловості для обробки деталей з металів, пластмас, дерева, композитів тощо.
6. Лазерний різальний верстат з ЧПК
Лазерний різальний верстат з ЧПК використовує потужний лазер для різання матеріалів шляхом їх плавлення, випалювання або випаровування. Це дозволяє точно вирізати складні візерунки та профілі.
Основні типи промислових лазерів, що використовуються в лазерних різальних машинах, включають:
- CO2-лазери: один з найпоширеніших газових лазерів, що використовують суміш вуглекислого газу. Підходить для різання неметалів, таких як дерево, пластмаси, текстиль. Також може різати деякі види низьковуглецевої сталі.
- Твердотільні лазери: зазвичай це лазери на ітрієво-алюмінієвому гранаті (YAG), що використовують неодим як активний елемент. Потужніші за CO2-лазери та здатні різати товстіші та твердіші метали.
- Волоконні лазери: новіший тип твердотільного лазера з чудовою якістю променя. Дуже ефективний для точного різання металу.
Лазерні різальні верстати з ЧПК спрямовують лазерний промінь відповідно до запрограмованих траєкторій інструменту за допомогою xy-порталів та ЧПК-системи. Поширені розміри виробів варіюються від настільних до великоформатних верстатів.
Лазер забезпечує чистий різ з високою точністю та мінімальною зоною термічного впливу. Він дозволяє виконувати складне різання широкого спектру матеріалів. Лазерне різання широко використовується у виробництві, прототипуванні та автомобільній/аерокосмічній промисловості.
7. Верстат з ЧПУ для плазмового різання
Верстат для плазмового різання з ЧПК використовує плазмовий пальник для різання електропровідних матеріалів. Він працює шляхом пропускання високошвидкісного газу, такого як кисень або повітря, через сопло та формування електричної дуги під пальником, яка іонізує газ у струмопровідний плазмовий потік.
Потім плазмовий потік передає тепло та електрику на матеріал заготовки, розрізаючи його шляхом плавлення та випаровування. Звичайні матеріали, що розрізаються на плазмових різальних машинах, включають сталь, нержавіючу сталь, алюміній, латунь та мідь.
На плазмовому різальному верстаті з ЧПК плазмовий пальник керується системою ЧПК відповідно до запрограмованих траєкторій руху інструменту. Це дозволяє виробляти точне комп'ютерне різання складних 2D та 3D форм з металу.
Ключовими особливостями плазмових різальних машин з ЧПК є здатність різати товсті листові матеріали, хороша якість різу з мінімальними зонами термічного впливу та висока швидкість різання. Вони добре підходять для виробництва, обслуговування та ремонту.
Система ЧПК забезпечує автоматизоване, повторюване різання та дозволяє виконувати роботу без оператора. Плазмове різання широко використовується в таких галузях промисловості, як автомобілебудування, виробництво, суднобудування та будівництво, для різання, скошування та строжки металевих деталей і компонентів.
8. Електроерозійний верстат з ЧПК
Електроерозійний верстат з ЧПК, також відомий як EDM (електроерозійна обробка) або іскрово-ерозійний верстат з ЧПК, використовує термоелектричний процес електричних іскор для різання електропровідних матеріалів.
Він працює за допомогою електричних іскор, що утворюються через різницю напруги між двома електродами – інструментальним електродом та матеріалом заготовки – для стирання невеликої кількості матеріалу шляхом плавлення та випаровування. Деіонізована вода використовується для змивання сміття.
На електроерозійному верстаті з ЧПК інструментальний електрод підключений до системи ЧПК, точно позиціонується та контролюється відповідно до запрограмованих траєкторій руху інструменту. Це дозволяє обробляти складні 3D-форми з твердих металів та сплавів, які важко різати традиційними методами.
Деякі ключові переваги електроерозійних верстатів з ЧПК включають здатність обробляти дуже тверді матеріали, виготовляти деталі з дуже високою точністю та обробкою поверхні, а також вирізати складні внутрішні порожнини та профілі.
Поширені застосування включають прес-форми, штампи, аерокосмічні компоненти та хірургічні імплантати завдяки безконтактному процесу та мінімальним механічним зусиллям на заготовку. EDM-верстати з ЧПК добре підходять для дрібносерійного виробництва складних деталей.
9. Ось ключові моменти щодо шліфувального верстата з ЧПК:
- - Шліфувальний верстат з ЧПК використовує обертовий абразивний круг для різання та надання форми металевим деталям за допомогою механічного процесу стирання.
- - Абразивний шліфувальний круг, зазвичай виготовлений з алмазів або кубічного нітриду бору (CBN), видаляє дрібну металеву стружку під час контакту з заготовкою. Для досягнення жорстких допусків необхідний точний контроль.
- - На шліфувальному верстаті з ЧПК шліфувальний круг і заготовка точно позиціонуються та переміщуються системою ЧПК відповідно до запрограмованого коду. Це дозволяє автоматично шліфувати складні 3D-профілі.
- - Звичайні операції шліфування включають циліндричне шліфування (зовнішніх або внутрішніх поверхонь), плоске шліфування (плоскі поверхні), безцентрове шліфування та профільне шліфування.
- - Деталі, виготовлені на шліфувальних верстатах з ЧПК, вимагають дуже високої точності та якості обробки поверхні. Часто це прецизійні механічні компоненти, такі як розподільні вали, кулькові підшипники, шестерні.
- - Галузі промисловості, що використовують шліфування на верстатах з ЧПК, включають автомобільну, аерокосмічну, медичну та загальну промисловість, де критично важливі жорсткі допуски.
- - Переваги порівняно з традиційним шліфуванням включають повторювану точність, багатоосьове керування та можливість шліфування складних контурів та профілів без нагляду.
Отже, підсумовуючи, шліфувальний верстат з ЧПК точно формує металеві деталі за допомогою автоматизованої обробки абразивним кругом, що контролюється комп'ютерною системою числового керування.
10. Ось ключові моменти щодо верстата з ЧПК з автоматичною зміною інструменту:
- - Він має інструментальний магазин/карусель, який вміщує кілька інструментів, таких як свердла, фрези, маршрутизатори тощо, поруч із робочим простором верстата.
- - Автоматичний пристрій зміни інструментів дозволяє швидко та автоматично замінювати інструменти за потреби під час процесу обробки на верстаті з ЧПК без ручного втручання.
- - Це значно підвищує продуктивність, мінімізуючи час, що не пов'язаний з різанням, порівняно з ручною зміною інструменту. Складні деталі, що потребують кількох інструментів, можна обробляти без зупинки процесу.
- - Інструменти підбираються/замінюються роботизовано з магазину та монтуються на шпиндель за допомогою автоматичного кронштейна зміни інструменту під керуванням ЧПК.
- - Це збільшує вантажопідйомність верстата за межі одного інструменту, що дозволяє обробляти складніші деталі без ручного перезавантаження інструментів.
- - Зламані або зношені інструменти можна замінювати на ходу, не зупиняючи все виробництво. Це підвищує надійність та час безвідмовної роботи.
- - Також може бути можливим автоматичне калібрування інструменту для забезпечення геометричної точності після кожної зміни.
- - Це переводить обробку на верстатах з ЧПК у напрямку більш ефективного безпілотного виробництва з мінімальним втручанням людини.
Отже, підсумовуючи, автоматична зміна інструменту підвищує гнучкість та продуктивність верстатів з ЧПК.
Час публікації: 08 грудня 2023 р.
