Особенности и принципы обработки на станках с ЧПУ

Особенности и принципы обработки на станках с ЧПУ

Применяемая технология обработки деталей на станках с ЧПУ позволяет добиться высокого качества продукции, свести к минимуму время изготовления и, в итоге, трудиться с большим экономическим эффектом.

На таком оборудовании выполняют механическую обработку металлов, сплавов или других материалов, применяя резец, сверло, фрезу, ножовочное полотно, ленточную пилу – любые режущие инструменты. Внутренняя структура материала остаётся прежней, изменяются только размеры и конфигурация. Посредством этого деталь подгоняется под заданные параметры.

Когда высококвалифицированным рабочим в обработке заготовок используется станок, имеющий ручное управление, оператор сам выбирает нужный инструмент, определяется с приспособлениями и режимом работы оборудования, выбирая последовательность выполнения операций производственного процесса. В случае изменяются условия (обрабатывается заготовка другого типа, нужны другие припуски), сам специалист корректирует их, подбирает новую инструментальную оснастку, изготавливая нужную деталь.

Всё обстоит иначе, если производственный процесс проходит на станке с ЧПУ. Много времени занимает программирование, учитывающее параметры режущих и вспомогательных инструментов, приспособления; технологические режимы, с соблюдением норм затраченного времени на каждую операцию.

Например, процесс образования отверстий с последующей обработкой предусматривает использование двух технологических схем:

1. Параллельной – каждым инструментом обрабатываются отверстия с одним диаметром, а после смены инструментов, циклы повторяются (если предъявляют низкие требования относительно показателя точности).
2. Последовательной, когда первое из отверстий подвергается обработке совокупности инструментов. После изменения позиционирования и то же происходит со следующим отверстием (вариант приемлем, когда нужна очень высокая точность).

Общие сведения

Для изготовления валов используются заготовки с большим припуском, которые зажимаются в патроне и поджимаются задним центром. При черновой обработке необходимо максимально снять припуск, используя наибольшую глубину резания, определяемую мощностью станка. Оставшиеся припуски для окончательной обработки высчитываются исходя из конфигурации и размеров детали, методов последующей обработки.

При соотношении диаметра вала к его длине более чем 1:15 применяются подвижные и неподвижные люнеты. Эти поддерживающие устройства принимают на себя реакцию сил резания, не допуская деформаций заготовки. Этим повышается жесткость режущей системы и уменьшается вероятность возникновения нежелательных вибраций.

Чистовая обработка валов проводится в центрах, при этом конец вала закрепляется в поводковом патроне или используется хомутик. При обработке единичных изделий одна сторона вала проходится за одну установку с использованием всех необходимых инструментов. Крупные партии изделий изготавливаются на различных станках с использованием минимального набора инструментов.

Чистовая обработка проводится на высокоточном оборудовании. При этом обработка начинается с наибольшего диаметра, последовательно переходя на следующий меньший размер.

Обработка гладких валов

Изготовление гладкого вала заключается в обтачивании наружной цилиндрической поверхности. Работа выполняется проходным резцом с использованием продольной подачи. При этом заготовка устанавливается в центрах.

Центровые отверстия выполняются на различных станках: токарных, сверлильных, револьверных. На специальных двухсторонних центровальных станках проводится одновременное протачивание противоположных центров. В любом случае для этой операции применяются спиральные сверла, зенковки или комбинированный центровочный инструмент.

От точности выполнения центровочных отверстий, называемых установочными базами, зависит качество изготовления всей детали.

При изготовлении гладкого вала выполняются следующие операции:

• Отрезание заготовки от общего прутка.
• Обработка торцовой поверхности с последующим центрованием
• Изготовление противоположной торцовой плоскости и ее центрование.
• Черновая обработка одной половины заготовки, находящейся в центрах.
• Черновая обработка второй части заготовки.
• Последовательная чистовая обработка первой и второй части заготовки.

Надо сказать, что самым экономичным способом изготовления гладкого вала является применение калиброванной стали. При этом отпадает необходимость в обработке внешней цилиндрической поверхности. Но в большинстве случаев применяется сортовой прокат. Поэтому, выбирая заготовку, нужно брать наружный размер прутка с диаметром, наиболее близким к максимальному сечению будущего вала.

Изготовление ступенчатых валов

Ступенчатые валы изготавливают по двум схемам:

1. Деление припуска на части.
2. Деление длины заготовки на несколько отрезков.

Первая схема предполагает обработку заготовки с небольшой глубиной резания. При этом общее расстояние проходимое резцом получается больше. Во втором случае снятие припуска происходит за один проход с большой глубиной резания. При таком подходе необходим более мощный электропривод станка.

Перед обработкой цилиндрической поверхности подрезаются торцы. Операция проводится подрезным резцом с подачей в двух направлениях. Подрезание от центра к поверхности вала отличается менее шероховатым качеством плоскости.

Галтели (скругления между ступенями) выполняют проходным резцом с одновременной поперечной и продольной подачей. Радиус галтели зависит от диаметра ступени.

Канавки проходятся поперечной подачей фасонного резца с режущей частью равной ширине канавки. Широкие канавки выполняют в два приема: поперечной и продольной подачей.

Сверлят отверстия закрепленным в пиноли инструментом. Расточные резцы, закрепленные в резцедержателе, служат для прохода внутренних цилиндрических поверхностей.

Проходные резцы

Для гладких сквозных отверстий применяются проходные резцы. Упорные расточные резцы используются для изготовления глухих и ступенчатых отверстий.

Для отрезки готовой детали устанавливают отрезной резец и применяют поперечную подачу. При этом, для получения чистого среза лучше использовать резец с наклонной режущей кромкой. Прямая кромка разрушает срез и требуется дальнейшая подрезка торца.

Массовое производство ступенчатых валов организуется следующими методами:

1. Обработка на обычных станках без использования специальной оснастки.
2. Обработка с применением дополнительных приспособлений на специально настроенных станках.
3. Работа на станках с копировальными устройствами.

Для изготовления валов обычной точности необходимо не более двух установок заготовки. Токарная обработка за три-четыре установки требуется для изготовления валов высокой точности и в случаях, когда заготовка имеет неравномерные припуски.

Черновые и чистовые операции должны быть разделены по времени. Это необходимо для снятия внутренних механических напряжений металла, возникших при первичной обработке.

Числовое программное управление обеспечивает работу в полуавтоматическом режиме. Такой цикл обработки сводит к минимуму влияние человеческого фактора. Операторы с опытом в 5, 10 и даже 20 лет могут ошибиться. Специально разработанная компьютерная программа выполняет поставленную задачу, строго соблюдая заложенный алгоритм.

Заказать детали на токарных станках ЧПУ стоит и по другим причинам:

• увеличение производительности в 2-2,5 раза;
• стабильность процесса обработки;
• концентрация обработки на одной операции или минимизация их количества. Сниженное число операций уменьшает затраты времени на установку, закрепление, транспортировку и складирование заготовок;
• вариативность выполняемых работ. Станки используются для обработки деталей любых размеров и конфигурации. ЧПУ позволяет выпускать детали со сложной поверхностью.

Полуавтоматическое оборудование дешевле в использовании, чем стандартные токарные станки.

Варианты выполняемых работ

СПБЗКИ проводит изготовление деталей по чертежам заказчика и типовым проектам. С помощью числового программного управления выполняются такие работы:

• лазерная резка, раскройка и другие виды обработки листовых металлических материалов и труб лазером;
• фрезерные и токарные работы;
• резка и сварка металлических заготовок;
• нарезка пазовых соединений и сверление отверстий.

Любой из типов обработки характеризуется точностью исполнения и высокой скоростью.

Какие операции выполняет оборудование?

Список операций, доступных для полуавтоматических линий широк. Детали на заказ на токарных станках ЧПУ подвергаются таким видам обработки:

• точение внешней поверхности;
• растачивание внутренней части;
• подрезание торцевых элементов;
• разрезание заготовки на части;
• зенкерование уже обработанных элементов для придания им необходимой формы;
• внутренняя и внешняя резьба;
• развертывание отверстий.

Полуавтоматические станки – многозадачное и функциональное оборудование.

Преимущества сотрудничества с СПБЗКИ

Санкт-Петербургский Завод крепёжных изделий использует оборудование немецких и японских производителей. Работа станков основывается на применении продвинутых производственных технологий.

Мы выпускаем стандартные крепёжные элементы, подгоняем уже сформированные детали под запрашиваемые характеристики и занимаемся изготовлением деталей по чертежам заказчика. Услуги завода доступны для жителей всех регионов России. Заказы отправляются каждый день.

+7 (812) 642 33 56
+7 (812) 985 94 40
+7 (812) 386 56 56

Технология токарной обработки

Токарная обработка позволяет получить деталь цилиндрической и конической формы, дает возможность произвести торцевание заготовки, отрезать лишнее, снять фаски. На таком оборудовании нарезают резьбу (внешнюю и внутреннюю), вытачивают галтели, прорезают канавки, выполняют другие операции. Деталь принимает необходимую форму благодаря двум основным движениям и нескольким вспомогательным. Основные движения при токарной обработке — вращение заготовки и поступательное перемещение режущего инструмента. Вспомогательные движения — транспортировка заготовки, ее закрепление, снижение или увеличение частоты вращения детали, изменение скорости поступательного движения.

Работу делают на токарных станках, ее качество зависит во многом от профессионализма мастера. Но если операции производятся на оборудовании с ЧПУ, то влияние человеческого фактора сводится к минимуму — вся работа выполняется с максимальной точностью в соответствии с заданными параметрами. Токарная обработка ЧПУ позволяет изготовлять детали сложной конфигурации с минимальной степенью погрешности. Оборудование может функционировать в автономном и полуавтономном режиме, производительность высокая.

Виды станков и их особенности

На сегодняшний день существует 7 основных видов токарных станков

1. Токарно-винторезные, которые еще называют универсальными. Это наиболее распространенная группа токарного оборудования, основной отличительной чертой которой является возможность совмещения скорости вращения и продольного движения инструмента. В роли объединителя этих движений выступает специальный червячный винт, благодаря которому эти станки и получили свое название.
2. Токарно-карусельные станки. Их отличительная особенность – рабочий стол большого размера с вращающейся планшайбой.
3. Лоботокарные станки. Их основное назначение – это обработка лобовых поверхностей. Этот тип токарного оборудования относится к узкоспециализированным.
4. Токарно-револьверный станок. Отличительная черта этого оборудования – наличие револьверной головки, позволяющей выполнять быструю смену режущего инструмента, что в результате сокращает время производственного процесса.
5. Токарный автомат продольного точения. Применяется в условиях массового и серийного производства для изготовления деталей небольшого размера.
6. Многошпиндельный токарный автомат. Его основная особенность – это обработка деталей, имеющих сложную поверхность.
7. Токарно-фрезерный обрабатывающий центр. Это универсальное оборудование, способное за одну или две установки полностью изготовить необходимую деталь. Применяется как для серийного, так и для штучного производства.

Кроме того, не следует выпускать из виду и тот момент, что практически все токарное оборудование может работать под зорким присмотром современного программного обеспечения.

Фрезерные работы для алюминия

Алюминий является одним из самых распространенных легких материалов, которые используются в отрасли автомеханики, авиации, строительной промышленности и при производстве высокотехнологичного оборудования. Незначительный вес, легкость обработки и высокая химическая устойчивость делают его наиболее практичным и долговечным. В сфере промышленности существует большое количество вариантов механической обработки. В первую очередь среди наиболее популярных используются ковка, литье и штамповка. Однако чтобы получить уникальную и технологичную деталь, требуется только фрезеровка.

Фрезерная обработка выполняется на современных компьютеризированных станках, которые включают в себя сложное вычислительное программное обеспечение. Агрегаты управляются преимущественно компьютером, что гарантирует точность и скорость изготовления конкретных деталей. Наличие автоматизации фактически исключает возникновение брака. При этом главным отличием ЧПУ от обычных станков является возможность обработки заготовок не только в конкретной плоскости, но и во всем 3D диапазоне.

Преимущества механообработки на станках с ЧПУ

Залогом безупречного конечного результата является получение точно и качественно исполненных деталей. Только металлообработка высочайшего уровня способна гарантировать исключительно качественный производственный процесс, продукт с потрясающими характеристиками, эффективность компании.

Механическая обработка на программно управляемых агрегатах открывает огромные возможности:

• высокоточное современное оборудование гарантирует идеальное исполнение;
• изготовление деталей по чертежам заказчика;
• качественное выполнение срочных заказов;
• производство элементов сложной формы;
• изготовление деталей, размеры которых должны быть строго выдержаны.

Особой популярностью пользуются станочные машины универсального типа, которые объединили в себе несколько типов механообработки. Из программно управляемых станков составляют полноценные автоматизированные линии на производстве, которые работают слаженно и точно.

Обработка происходит в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Оператор лишь следит за станками, не вмешиваясь в работу оборудования. Иногда нужно заново налаживать агрегаты. Вот в этом случае квалифицированный персонал работает с системой станка, его программами.

Запись файла УП

В PowerINSPECT OMV запись файла УП не отличается от процесса записи программ обработки в CAM­системах. Пользователю достаточно задать имя файла УП и указать файл постпроцессора. Полученную УП пользователь передает на станок для проведения измерений. В процессе ее отработки щуп производит касание в заданных точках, координаты X, Y, Z точек касания записываются в файл результатов. По записям в данном файле сложно сделать какие­либо практические выводы для деталей сложной формы, поэтому данные замеров возвращаются обратно в PowerINSPECT OMV, где программа производит обработку и выдает отчет в удобном для пользователя виде. PowerINSPECT OMV предоставляет пользователю большой выбор опций для настройки и вывода полученных результатов в нужном формате. Например, для экспресс­анализа можно вывести на экране совместно с номинальными точками математической модели измеренные точки с численным отображением отклонений от первых. Для детального изучения результаты обмера можно представить в виде таблицы­отчета, включив в нее вывод интересующих объектов. Далее отчет можно сохранить или вывести на печать. В рамках предприятия возможна настройка оформления отчета согласно внутренним стандартам.

Матрица смещений и поворотов

Какие требования предъявляются к станкам?

Для реализации режимов высокоскоростной обработки станки с ЧПУ и сами системы управления должны соответствовать ряду требований.

Шпиндель

Некоторые известные производители приводной механики для станков с ЧПУ классифицируют свои шпиндели как силовые, средние и скоростные. В их характеристиках можно наблюдать следующую закономерность: чем выше частота вращения, тем ниже мощность и максимальный крутящий момент.

Шпиндельный узел является главным источником тепловыделения в станке. В зависимости от обрабатываемого материала частота вращения патрона может достигать 40 и более тысяч оборотов в минуту, а скорость перемещения на рабочем ходу — от 40 до 60 м/мин. Работа с переменной продолжительностью включений вызывает температурные деформации шпинделя и несущих конструкций, что отрицательно сказывается на качестве обрабатываемых деталей. Поэтому для станка обязательно наличие эффективных систем охлаждения узла и компенсации температурных деформаций. Высокие требования предъявляются к жесткости, устойчивости и виброактивности.

Режущий инструмент и оснастка

Среди самых важных требований к режущему инструменту и оснастке можно выделить качество балансировки (динамического уравновешивания) и точность установки (отсутствие биений при вращении). Чем хуже эти показатели, тем выше будет вибрация станка и на рабочих, и на холостых перемещениях.

Производители режущего инструмента предлагают специализированные фрезы для ВСО с рекомендациями по режимам резания. Их рабочие части (напайки) изготавливают преимущественно из твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Часто режущий инструмент делают монолитным. За последние два десятилетия технологии производства твердых сплавов изменились. Современные материалы состоят из мелкодисперсных карбидов и отличаются от предшественников лучшей устойчивостью к образованию трещин и сколов.

Для обработки закаленных сталей, в том числе легированных используют режущий инструмент из эльбора (нитрида бора кубического). По твердости этот материал практически не уступает алмазу и значительно превосходит его по устойчивости к высоким температурам. Для повышения износостойкости и термостабильности на режущий инструмент наносят антифрикционные покрытия (нитрид, карбид или цианид титана).

Условия охлаждения зоны резания

Благодаря тому, что при высокоскоростной обработке скорость резания превышает скорость передачи тепла, большая его часть сконцентрирована в стружке, и чтобы предотвратить перегрев инструмента, нужно организовать ее быстрое отведение. Это можно сделать потоком СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) или сжатым воздухом. Как показывает практика, второй способ оказывается более эффективным и щадящим по отношению к режущей кромке. При жидкостном охлаждении на поверхности фрезы наблюдаются циклические перепады температур, что приводит к образованию сколов.

Особенности управляющей программы

Программирование высокоскоростной обработки имеет свои особенности. При выборе стратегии нужно пользоваться тремя правилами:

• Малое сечение среза и высокие подачи. Разницу между традиционной и высокоскоростной обработкой лучше всего можно представить на примере фрезерования шпоночного паза. Классический вариант предполагал проход фрезой с диаметром, равным ширине паза. При задании траектории движения на ВСО нужно увеличить число проходов и снизить шаг. Для этого нужно взять фрезу меньшего диаметра и задать ей трохоидальную траекторию движения. Еще один способ увеличения стойкости инструмента заключается в фрезеровании по спирали вместо сверления. Врезка в обоих случаях должна выполняться по той же траектории, что и последующая обработка. При фрезеровании более сложных форм фреза совершает сложные квазитрохоидальные движения.
• Плавные траектории. При составлении программы обработки нужно стараться избегать резких изменений направления движения. Для снижения динамических нагрузок на крутых поворотах фрезу приходится притормаживать, при этом происходит ее врезание в поверхность, от чего на ней остаются характерные неровности.
• Равномерная нагрузка на инструмент. Для повышения стойкости режущего инструмента при высоких скоростях вращения шпинделя следует избегать строчной обработки — последовательных врезаний и выходов фрезы. Необходимо найти такую стратегию, чтобы фреза врезалась один раз и вышла по окончании обработки. Для равномерной нагрузки необходимо сохранять постоянное пятно контакта между инструментом и заготовкой. С этой целью для обработки внутренних скруглений следует применять фрезы с меньшими диаметрами. Еще оно следствие из этого правила — управляющая программа должна обеспечить равномерный припуск перед чистовыми проходами.

При соблюдении всех вышеперечисленных правил текст управляющей программы для ВСО окажется в десятки или сотни раз больше, чем для традиционной обработки. Это выдвигает ряд требований к CAM-системе и стойке станка высокоскоростной обработки с ЧПУ. CAM-система должна автоматически назначать врезку по дуге, рассчитывать траектории перемещения. В противном случае затраты времени на написание управляющей программы вручную сведет на нет прирост производительности станка.

Объем оперативной памяти у стойки ЧПУ также должен соответствовать размеру программы. Повышаются требования и к другим аппаратным возможностям. Стойка должна «заглядывать» в программу на 100-200 шагов вперед, чтобы вовремя притормозить инструмент перед изменением траектории, а затем вновь разогнать его.

Технологи абсолютного большинства предприятий, освоивших высокоскоростную обработку, дают положительную оценку технологии, отмечают рост производительности и повышение качества продукции. Высокоскоростная обработка позволила многим из них отказаться от финишных ручных операций.