Основы токарной обработки с ЧПУ
Токарная обработка с ЧПУ — это субтрактивный производственный процесс, при котором материал удаляется с вращающейся заготовки. В отличие от ручных токарных станков, токарная обработка с ЧПУ использует компьютерное программирование для управления режущими инструментами с предельной точностью.
В этом процессе кусок исходного материала удерживается в патроне и вращается на высоких скоростях. Пока материал вращается, режущие инструменты движутся в заготовке, чтобы срезать нежелательный материал.
Компьютер контролирует точное положение, скорость и траекторию этих режущих инструментов. Это позволяет создавать сложные цилиндрические формы с жесткими допусками.
Большинство токарных работ с ЧПУ происходит на станках, называемых токарными станками. Современные токарные станки с ЧПУ могут выполнять несколько операций за одну установку, включая точение, расточку, сверление и нарезание резьбы.
Различия между токарным и фрезерным станками с ЧПУ
Токарная обработка с ЧПУ и фрезерование являются субтрактивными производственными процессами, но они работают по-разному. При точении заготовка вращается, а режущие инструменты остаются относительно неподвижными. При фрезеровании режущий инструмент вращается, а заготовка остается неподвижной.
Токарная обработка идеально подходит для создания цилиндрических деталей с симметрией вокруг центральной оси. Фрезерование лучше подходит для плоских поверхностей, пазов и контурных элементов.
Токарная обработка обычно производит детали быстрее, чем фрезерование при работе с цилиндрическими объектами. Однако фрезерование обеспечивает большую гибкость для сложных геометрических форм, которые не являются симметричными.
Ключевое отличие в том, что точение может резать только тот материал, который доступен с внешнего диаметра, внутреннего диаметра или поверхности вращающейся детали. Фрезерование может получить доступ к материалу с разных углов.
Распространенные материалы, используемые в токарной обработке с ЧПУ
Токарная обработка на станках с ЧПУ позволяет обрабатывать широкий спектр материалов, удовлетворяя различные потребности:
Металлы:
- Алюминий (легко обрабатывается, легкий)
- Сталь (различных марок по прочности и долговечности)
- Нержавеющая сталь (коррозионная стойкость)
- Латунь (хорошая электропроводность)
- Титан (соотношение прочности и веса)
Пластик:
- Делрин/Ацеталь (износостойкость)
- Нейлон (прочность и гибкость)
- PEEK (высокотемпературные применения)
- Поликарбонат (ударопрочный)
Выбор материала зависит от требований к прочности, весу, стоимости и экологическим факторам вашей детали. Более мягкие материалы, такие как алюминий и пластик, как правило, обрабатываются быстрее и вызывают меньший износ инструмента, чем более твердые материалы, такие как нержавеющая сталь или титан.
Твердость, пластичность и термические свойства выбранного вами материала будут влиять на скорость резания, выбор инструмента и требования к охлаждению в процессе токарной обработки.
Токарные операции с ЧПУ
Токарные станки с ЧПУ выполняют множество различных операций по формированию металлических деталей. Каждая операция использует определенные инструменты и методы для создания таких элементов, как резьба, отверстия и отделка поверхности.
Торцевание, нарезание резьбы и расточка
Торцевание создает плоскую поверхность на конце заготовки. Когда вам нужен идеально квадратный конец на цилиндрической детали, торцевой инструмент перемещается по вращающемуся материалу, чтобы снять тонкий слой. Эта операция обеспечивает правильную сборку деталей в сборках.
Резьбонарезка прорезает спиральные канавки в заготовке для создания винтов или резьбовых отверстий. Вы можете делать различные типы резьбы, такие как метрическая, имперская или индивидуальные конструкции. Резьбонарезной инструмент движется с точной скоростью подачи, в то время как заготовка вращается для создания однородной резьбы.
Расточка увеличивает и завершает существующие отверстия в вашей заготовке. Эта операция повышает точность диаметров отверстий и создает гладкие внутренние поверхности. Расточные инструменты проникают внутрь полостей, чтобы удалить материал с высокой точностью, часто достигая допусков в 0,001 дюйма или лучше.
Накатка и сверление
Накатка создает рельефные узоры на поверхности заготовки для улучшения захвата. Когда вам нужна нескользящая ручка или маховичок, накатные инструменты давят на вращающийся материал, образуя ромбовидные или прямолинейные узоры. Этот процесс фактически смещает материал, а не удаляет его.
Сверление делает отверстия в заготовке с помощью вращающихся сверл. Токарные станки с ЧПУ могут сверлить идеально центрированные отверстия, поскольку заготовка вращается, а неподвижное сверло движется вперед. Вы можете создавать различные размеры отверстий, меняя сверла.
Станок с ЧПУ автоматически регулирует скорость и подачу в зависимости от типа материала и диаметра отверстия. Для лучшего результата станок часто использует сверление с выталкиванием — метод, при котором сверло периодически отводится назад, чтобы удалить стружку и предотвратить перегрев.
Разделение и проточка канавок
Разделение отрезает готовые части заготовки. Разделительный инструмент движется внутрь к центральной оси, в то время как материал вращается, создавая узкий канал, пока деталь не отделится. Эта операция часто завершает токарные работы, удаляя готовую деталь.
Проточка канавок создает каналы, углубления или пазы в вашей заготовке. Вам могут понадобиться канавки для уплотнительных колец, стопорных колец или декоративных элементов. Инструменты для проточки канавок бывают разной ширины и формы, чтобы соответствовать вашим конкретным требованиям.
Обе операции требуют тщательного внимания к скорости резки и охлаждению. Слишком большое количество тепла может повредить инструменты и детали.
Ваша программа ЧПУ обычно замедляет скорость вращения и увеличивает поток охлаждающей жидкости во время этих операций, чтобы сохранить качество и продлить срок службы инструмента.
Токарные станки с ЧПУ
Токарные станки с ЧПУ, также известные как токарные станки с ЧПУ, являются специализированным оборудованием, которое выполняет токарный процесс с компьютерным управлением. Эти станки удерживают и вращают заготовки, в то время как режущие инструменты удаляют материал для создания желаемой формы.
Типы токарных станков с ЧПУ
Горизонтальные токарные станки являются наиболее распространенным типом. Они удерживают заготовку горизонтально, что делает их идеальными для длинных цилиндрических деталей. Вы найдете их во многих механических мастерских, где выполняются повседневные токарные работы.
Вертикальные токарные станки расположите заготовку вертикально. Вы можете выбрать их для больших, тяжелых деталей, которые будет трудно поддерживать горизонтально. Они отлично подходят для деталей большого диаметра.
Токарные станки швейцарского типа предназначены для небольших, точных компонентов. Вы оцените их способность обрабатывать крошечные детали с чрезвычайной точностью, что делает их идеальными для медицинских приборов и компонентов часов.
Многоосевые токарные станки предлагают движение по 4 или 5 осям. Это дает вам возможность создавать сложные геометрии за одну установку, сокращая время обработки и повышая точность.
Основные характеристики токарных центров с ЧПУ
Башенные системы удерживать несколько режущих инструментов, которые можно быстро повернуть в положение. Вы можете запрограммировать автоматическую смену инструментов, экономя время между операциями.
Живые инструменты позволяет вращающимся инструментам, таким как сверла и фрезы, работать с деталью, пока она установлена. Эта функция помогает вам завершать сложные детали без переноса на другой станок.
Частичные ловцы собирайте готовые детали по мере их отрезания. Эффективность вашего производства повышается, поскольку машина может работать непрерывно без вмешательства оператора.
Системы управления различаются по сложности и возможностям. Современные элементы управления предлагают интуитивно понятные интерфейсы, возможности моделирования и сетевое подключение, что позволяет вам удаленно контролировать производство.
Автоматические устройства подачи прутков поставлять новый материал по мере необходимости. Эта автоматизация позволяет вам эксплуатировать машину в течение длительного времени, в некоторых случаях даже без присмотра в течение ночи.
Программирование для токарной обработки с ЧПУ
Программирование — это сердце токарных операций с ЧПУ. Оно сообщает станку, как именно двигаться для создания вашей детали, и контролирует все: от скорости резания до выбора инструмента.
Понимание G-кода
G-код — это язык, который понимают токарные станки с ЧПУ. Это набор инструкций, которые сообщают станку, что делать и как двигаться. Каждая строка кода представляет собой определенное действие или движение.
Распространенные G-коды для токарной обработки включают в себя:
- Г00: Быстрое позиционирование
- Г01: Линейная интерполяция (отрезание прямой линии)
- Г02/Г03: Круговая интерполяция (создание дуг)
- Г70: Цикл отделки
- Г71: Цикл черновой токарной обработки
- Г73: Цикл повторения узора
Когда вы пишете G-код, вы по сути создаете пошаговое руководство для машины. Каждая команда включает координаты, которые сообщают инструменту, куда двигаться.
Вам не нужно запоминать все G-коды. Современные машины имеют полезные интерфейсы, которые упрощают программирование.
Программное обеспечение CAM в токарной обработке с ЧПУ
Программное обеспечение Computer-Aided Manufacturing (CAM) произвело революцию в программировании токарных станков с ЧПУ. Вместо того, чтобы писать G-код вручную, вы можете использовать программное обеспечение CAM для его автоматической генерации.
Процесс работает следующим образом:
- Импортируйте свою 3D-модель в программное обеспечение CAM
- Выберите операции, которые вы хотите выполнить
- Выберите инструменты и параметры резки
- Программное обеспечение генерирует для вас G-код
Популярное программное обеспечение CAM для токарной обработки включает Mastercam, Fusion 360 и ESPRIT. Эти программы имитируют процесс резки, прежде чем вы отправите код на свой станок.
Эта симуляция имеет решающее значение. Она позволяет вам обнаружить потенциальные проблемы до начала фактической резки, экономя время и материалы. Вы можете точно увидеть, как будет двигаться инструмент, и внести необходимые коррективы.
Применение токарной обработки с ЧПУ
Токарная обработка с ЧПУ создает точные цилиндрические компоненты для многих отраслей промышленности. Этот процесс отлично подходит для изготовления деталей, требующих высокой точности и постоянного качества для критически важных применений.
Аэрокосмические и автомобильные детали
В аэрокосмической отрасли токарные станки с ЧПУ производят компоненты двигателей, валы и крепежные элементы, которые должны соответствовать строгим стандартам безопасности. Эти детали требуют идеального баланса и точности для работы в экстремальных условиях. Вы найдете компоненты, обработанные на станках с ЧПУ, в реактивных двигателях, шасси и системах управления.
Для автомобильной промышленности токарная обработка с ЧПУ создает такие важные детали, как приводные валы, поршни и компоненты тормозов. Процесс гарантирует, что эти детали имеют точные размеры, необходимые для правильной работы транспортного средства.
Преимущества для этих отраслей включают в себя:
- Последовательность среди тысяч идентичных деталей
- Прочность благодаря точному выбору материала
- Снижение веса путем удаления ненужного материала
Производители автомобилей используют токарные станки с ЧПУ как для разработки прототипов, так и для массового производства деталей, требующих жестких допусков.
Медицинские приборы и оборудование
Токарная обработка с ЧПУ имеет решающее значение для создания медицинских устройств, где точность может спасти жизнь. Вы найдете компоненты, обработанные на станках с ЧПУ, в хирургических инструментах, имплантатах и диагностическом оборудовании.
Распространенные медицинские применения включают в себя:
- Костные винты и зубные имплантаты
- Компоненты для оборудования МРТ и КТ
- Хирургические инструменты со сложными характеристиками
- Прецизионные детали для медицинских насосов и мониторов
Биосовместимые материалы, используемые при токарной обработке в медицине на станках с ЧПУ, такие как титан и медицинская нержавеющая сталь, гарантируют безопасность деталей для использования в организме человека.
Токарная обработка с ЧПУ обеспечивает постоянный контроль качества в медицинском производстве, где даже незначительные изменения могут повлиять на результаты для пациентов. Точность современных токарных станков с ЧПУ делает их идеальными для создания гладких, полированных поверхностей, необходимых для имплантируемых устройств.
Контроль качества при токарной обработке с ЧПУ
Контроль качества имеет важное значение в токарной обработке с ЧПУ, чтобы гарантировать, что детали соответствуют спецификациям и функционируют так, как задумано. Правильные меры по обеспечению качества помогают предотвратить дорогостоящие ошибки и обеспечить удовлетворенность клиентов.
Допуски и качество поверхности
В токарной обработке с ЧПУ допуски относятся к допустимым отклонениям в размерах готовой детали. Типичные допуски токарной обработки варьируются от ±0,005″ для стандартных работ до ±0,0005″ для точных применений.
Чистота поверхности измеряется в значениях Ra (средней шероховатости). Чем ниже значение Ra, тем глаже поверхность. Токарная обработка с ЧПУ позволяет достигать чистоты от 32 Ra для черновых проходов до 8 Ra или лучше для чистовых проходов.
Ваши спецификации должны четко указывать требуемые допуски и качество обработки поверхности. Это гарантирует, что оператор правильно запрограммирует токарный станок с ЧПУ для ваших нужд.
Современные токарные центры с ЧПУ могут поддерживать жесткие допуски на протяжении всего производственного цикла. Эта последовательность является ключевым преимуществом по сравнению с ручными методами токарной обработки.
Методы проверки и обеспечения качества
Ваши токарные детали будут подвергаться различным методам проверки для подтверждения качества. Общие инструменты включают:
- Микрометры и штангенциркули для размерных проверок
- Измерители шероховатости поверхности для проверки завершения
- Координатно-измерительные машины (КИМ) для проверки сложной геометрии
Проверка первой детали — это стандартная практика, когда первая часть тщательно проверяется до начала полного производства. Это позволяет выявить потенциальные проблемы на ранней стадии.
Статистический контроль процесса (SPC) помогает контролировать качество текущего производства. Измерения образцов деталей отслеживаются для выявления тенденций до того, как они станут проблемами.
Системы зондирования станков могут выполнять измерения в процессе обработки. Это автоматизирует проверки качества и позволяет выполнять корректировки в режиме реального времени.
Ваши требования к качеству должны быть четко доведены до сведения машиностроительного цеха, чтобы гарантировать применение ими соответствующих методов контроля.