Субтрактивное производство — один из наиболее распространенных и широко используемых видов высокоточной обработки материалов. В частности, в субтрактивном производстве, в отличие от 3D-печати, используется твердый блок или структура материала, из которой затем вырезается деталь с помощью станка до получения желаемой формы. Аналогичным образом это делают скульпторы, хотя в субтрактивном производстве вместо лепки используется станок или роботизированная рука.
Токарный станок с ЧПУ и фрезерные с ЧПУ Это наиболее распространенные формы производства в субтрактивном производстве. Хотя в обиходе их можно использовать как синонимы, на самом деле они разные и имеют свои специфические преимущества, недостатки и области применения. В следующих строках мы надеемся предоставить самую основную и вводную информацию об использовании станков с ЧПУ, которая также поможет вам в реализации вашего будущего проекта.
Что такое токарная обработка с ЧПУ?
Процесс токарной обработки на станках с ЧПУ заключается в том, что заготовка удерживается в патроне и вращается с определенной скоростью, в то время как токарный инструмент подается вдоль обрабатываемой детали и выталкивается из нее. Этот процесс характеризуется различными особенностями, в частности, тем, что заготовка вращается во время резки инструментом. В этом конкретном процессе режущий инструмент остается в одном положении, вращаясь и перемещаясь вдоль других осей.
Токарная обработка на станках с ЧПУ выполняется на станках, называемых токарными станками или токарными центрами. Поскольку обрабатываемый материал вращается на шпинделе, токарная обработка на станках с ЧПУ предназначена для создания цилиндрических или трубчатых деталей. Если необходимо изготовить простой вал, декоративную ножку для стола или сложный соединитель для аэрокосмической техники, токарная обработка чаще всего является предпочтительным методом обработки.
Процесс токарной обработки с ЧПУ
Для начала процесса токарной обработки используется круглый пруток. Этот пруток крепится к шпинделю токарного станка. Шпиндель является основным компонентом, поскольку он обеспечивает необходимое вращательное движение.
Сначала шпиндель включается, и заготовка вращается со скоростью в тысячи оборотов в минуту (об/мин). Инструмент, установленный на револьверной головке, подносится к торцу заготовки. Инструмент, пока шпиндель осуществляет резку, перемещается линейно параллельно цилиндру и удаляет стружку с заготовки.
Поскольку инструмент постоянно находится в контакте с обрабатываемым материалом, процесс достаточно быстрый, и получаются очень чистые срезы. Именно поэтому токарные операции на станках с ЧПУ обычно ценятся за свою эффективность и высокое качество обработки поверхности.
Типы операций токарной обработки на станках с ЧПУ
Термин «токарная обработка» может использоваться для описания всех операций, выполняемых на токарном станке с ЧПУ, но в зависимости от инструмента и схемы движения станка, можно выполнить лишь некоторые из них.
- Торцевая обработка: Эта операция используется для того, чтобы инструмент мог обработать торц заготовки, создав поверхность, перпендикулярную оси вращения. Такая поверхность обычно необходима для последующих операций на детали известных размеров.
- Внешняя токарная обработка: инструмент перемещается вдоль заготовки, уменьшая ее диаметр и получая основную цилиндрическую форму.
- Расточка: для получения заданных размеров внутреннего диаметра инструмент перемещается аксиально через заготовку, расширяя предварительно просверленное отверстие.
- Нарезание резьбы: Эта функция предполагает перемещение станка и резание внешней или внутренней поверхности заготовки с заданной скоростью подачи, рассчитываемой на основе скорости вращения шпинделя, для нарезания резьбы в заготовке.
- Нарезание канавок: В этом процессе станок удаляет часть боковой поверхности заготовки путем радиального среза, в результате чего образуется канавка или желоб.
- Накатка: Специальный инструмент, который не удаляет материал, а вдавливает в заготовку узор (обычно ромбы или прямые линии) для обеспечения лучшего сцепления с поверхностью заготовки.
Материалы, совместимые с токарными станками с ЧПУ
Токарная обработка на станках с ЧПУ позволяет обрабатывать множество различных материалов. В процессе токарной обработки на станках с ЧПУ используется вращающийся объект с жестким режущим инструментом. С помощью токарной обработки на станках с ЧПУ можно обрабатывать мягкие пластмассы и закаленные суперсплавы.
В качестве материалов могут использоваться: алюминий (6061, 7075), латунь, низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь (303, 304, 316), титан и магний.
В качестве используемых пластмасс можно применять следующие материалы: АБС-пластик, нейлон, поликарбонат, ПЭЭК, ПТФЭ (тефлон) и акрил.
Выбор материала обычно определяет скорость резки и тип используемого инструмента. При использовании мягкого алюминия токарная обработка происходит быстрее, и инструмент изнашивается меньше. Это отличается от токарной обработки термообработанной нержавеющей стали.
Преимущества и недостатки токарной обработки
Бенефиты:
- Скорость. Для цилиндрических деталей токарная обработка значительно быстрее фрезерования, поскольку непрерывное режущее действие быстро удаляет материал.
- Чистота поверхности:Непрерывное вращение позволяет получать исключительно гладкую, высококачественную поверхность без видимых следов инструмента, часто остающихся после фрезерования.
- Экономически эффективным:Для круглых деталей токарные станки, как правило, дешевле в эксплуатации и настройке, чем сложные фрезерные станки.
- Точность. Отлично подходит для достижения жестких допусков по диаметру и соосности.
Недостатки:
- Геометрические ограничения:Ваши возможности в основном ограничены деталями, обладающими вращательной симметрией. Вы не сможете легко повернуть квадратную коробку или сложную органическую форму, не имеющую центральной оси.
- Износ инструмента:Постоянный контакт может привести к перегреву, что потребует эффективных стратегий охлаждения и потенциально приведет к более быстрому износу инструмента при работе с твердыми материалами.
Что такое фрезерование с ЧПУ?
Когда я фрезерую деталь на станке с ЧПУ, я делаю противоположное вращению. Вместо вращения заготовки она теперь неподвижна, а режущий инструмент перемещается по ней вперед-назад, удаляя материал.
В производственной сфере фрезерные станки — это настоящие рабочие лошадки. Они могут создавать любые плоские поверхности, а также пазы, отверстия и сложные трехмерные зигзагообразные контуры. Превращая заготовки в цилиндры, фрезерный станок работает над созданием куба и любой другой формы, отличной от круглой. С его помощью можно изготавливать кронштейны, корпуса и любые нестандартные формы.
Количество осей, по которым могут перемещаться фрезерные станки, также является важным фактором при их классификации.
- Трехосевое фрезерование: по трем осям инструмент может перемещаться в направлении X (влево или вправо), Y (вперед или назад) и Z (вверх или вниз). Этот тип фрезерования является стандартным для деталей меньшей сложности.
- 5-осевое фрезерование: На трех уже описанных осях, а также еще на двух, также описанных в направлениях X и Y, станок имеет ось вращения или механизм наклона либо на режущем инструменте, либо на столе станка. Такая конфигурация позволяет фрезе приближаться к детали практически с любого направления, и именно поэтому изготавливаются сложные геометрические формы, такие как лопатки турбин и сложные медицинские имплантаты.
Процесс фрезерования с ЧПУ
При фрезеровании на станках с ЧПУ процесс начинается с заготовки, которая крепится к столу станка с помощью тисков, как показано на рисунке справа выше. В базовом 3-осевом фрезерном станке заготовка жестко удерживается на месте, как на токарном станке.
Далее цилиндрический резец, который по сути напоминает сверло, но может резать вбок, вращается с высокой скоростью в шпинделе станка. Затем компьютер с ЧПУ направляет шпиндель в заданные координаты. Во время вращения инструмент прижимается к материалу. Затем инструмент срезает часть материала.
Этот процесс также отличается тем, что он носит прерывистый характер. Инструмент имеет несколько режущих кромок, и каждая кромка канавки может резать, но она должна выходить за пределы детали, чтобы освободить место для центрирования шпинделя относительно заготовки. В токарном станке процесс представляет собой непрерывную резку, что невозможно с этим инструментом.
Типы фрезерных операций с ЧПУ
Как и в случае токарной обработки, фрезерование также описывает ряд специфических операций, которые могут быть выполнены для придания детали определенных характеристик.
- Торцевое фрезерование: используются концевые фрезы большого диаметра, вращающиеся вокруг оси, перпендикулярной поверхности заготовки. Основная цель — выравнивание верхней поверхности детали для получения гладкой поверхности.
- Фрезерование слябов: Этот тип фрезерования предполагает параллельность режущего инструмента заготовке. Он используется для быстрого удаления больших объемов материала.
- Угловое фрезерование: инструмент создает фаски, канавки или пазы типа «ласточкин хвост» под определенным углом к заготовке.
- Формовочное фрезерование: Использование специальной фрезы, представляющей собой позитив желаемой формы (например, положительного радиуса кривизны), для вырезания различных форм за один проход.
- Фрезерование с использованием двух фрез одновременно: две или более фрез устанавливаются на одной оправке для одновременной обработки двух параллельных поверхностей.
- Групповое фрезерование: Этот метод похож на фрезерование с использованием нескольких резцов, которые выполняют несколько различных операций одновременно.
Материалы, совместимые с фрезерованием с ЧПУ
Материалы, которые могут использоваться на фрезерных и токарных станках, практически одинаковы. Поскольку заготовки неподвижны, фрезеровать крупные, громоздкие или тяжелые детали, которые было бы слишком опасно вращать на токарном станке, безопаснее и проще.
- Металлы: сталь и ее сплавы, инструментальная сталь, алюминий, латунь, медь, титан и инконель.
- Пластмассы: делрин, нейлон, ПЭВП, СВМВ и ПВХ.
- Композитные материалы: углеродное волокно и стекловолокно, хотя они абразивны и, вероятно, потребуют специальных инструментов.
Преимущества и недостатки помола зерна.
Бенефиты:
Универсальность: способность создавать любые формы.
Многофункциональность: одна установка может выполнять широкий спектр различных задач. Сверление, расточка и нарезание резьбы.
Масштабируемость: Можно создать множество дубликатов и легко переключиться на создание чего-то нового.
Недостатки:
Стоимость: Эксплуатация и приобретение таких станков обходятся дорого, особенно 5-осевых. Программирование также обходится дороже, чем программирование токарных станков.
Отходы: Заводы часто образуют большое количество дорогостоящих отходов в виде металлолома.
Следы от инструмента: следы от инструментов могут быть очень заметны, и для сглаживания поверхности может потребоваться дополнительная обработка.
Основные различия: токарная обработка на станках с ЧПУ против фрезерования на станках с ЧПУ.
Оба метода являются формами обработки материалов на станках с ЧПУ, но между токарным и фрезерным станками существуют различия. Знание этих различий может помочь повысить эффективность вашей производственной линии.
1.Механизм
Главное отличие заключается в том, какой именно элемент фрезерного станка находится в движении.
-Поворот означает вращение детали при неподвижном положении станка.
При фрезеровании деталь остается неподвижной, а станок вращает инструмент.
Одной лишь этой разницы достаточно, чтобы изменить объем производства в магазине.
2. инструменты
- При токарной обработке используются одноточечные режущие инструменты. Следует помнить, что с материалом контактирует только один заточенный наконечник инструмента. Именно так можно получить гладкие и непрерывные разрезы.
- При фрезеровании используются многоточечные режущие инструменты. Примерами являются концевые и торцевые фрезы, у которых режущие кромки расположены вдоль канавки инструмента. Именно так можно снимать большие объемы нецилиндрической заготовки.
3. Формы деталей
Токарная обработка подходит только для деталей, обладающих вращательной симметрией, таких как цилиндры, трубки и сферы. Если обе детали имеют одинаковые поперечные сечения, которые остаются неизменными независимо от положения вдоль оси вращения, то деталь готова к токарной обработке.
Фрезерование – это противоположность. Оно включает в себя трехмерные блоки, пластины и другие сложные асимметричные формы. Если деталь имеет много двумерных элементов, таких как плоские поверхности и различные вырезы, то, вероятно, она предназначена для фрезерования.
4. Формирование чипа
В процессе токарной обработки образуется непрерывная, длинная и нитевидная стружка. Это результат постоянного контакта инструмента с инструментом. Часто эта стружка может наматываться на инструмент, этот эффект называется «гнездованием».
- Фрезерование: В результате прерывистого процесса резания образуются короткие, ломкие стружки. Их легче удалить из зоны резания.
Выбор правильного процесса для вашего проекта
Выбор между фрезерованием и токарным станком с ЧПУ — это не всегда простое бинарное решение. Большинство современных станков представляют собой фрезерно-токарные обрабатывающие центры, которые сочетают в себе обе функции. Они способны вращать деталь для токарной обработки, одновременно используя приводные инструментальные держатели для фрезерования плоских поверхностей или сверления отверстий сбоку.
Однако, если вам необходимо принять решение по основному процессу, следует учитывать следующие факторы:
Форма детали
Учитывайте конструкцию. Она круглая или круглая? Имеет ли она форму винта, болта или поршня? Если да, то следует начать с токарной обработки. Если деталь имеет квадратную, прямоугольную или асимметричную форму, например, кронштейны, коллекторы или крышки нестандартной формы, то следует начать с фрезеровки.
Объем производства
При примерно одинаковом объеме токарная обработка быстрее и дешевле при больших объемах производства, включая цилиндрические детали. Швейцарский токарный станок — это тип токарного центра, который обрабатывает тысячи прецизионных деталей в час и является очень специализированным. Фрезерование, как правило, медленнее, даже при больших объемах, оно необходимо для более сложной геометрии.
Финансовые ресурсы
Настройка и программирование 3-, 4- или 5-осевых фрезерных станков обходится дороже, чем токарно-обрабатывающих центров. Если вы проектируете деталь таким образом, чтобы ее следовало точить, а не фрезеровать, вы, скорее всего, сэкономите на себестоимости производства.
Заключение
Знание основ ЧПУ-производства позволяет проектировать с большей эффективностью. Вы можете адаптировать детали к конкретному процессу обработки, что исключает ненужные производственные операции, повышает скорость производства и снижает затраты. Понимание различий между точностью вращения токарного станка и общей контурной обработкой на фрезерном станке позволяет выбрать подходящий инструмент для вашей задачи.
Если вы все еще не уверены, какой процесс идеально подходит для вашего прототипирования, можете перестать сомневаться и начать действовать. Свяжитесь с нашей опытной командой для получения рекомендаций по проектированию с учетом технологичности производства или запросите ценовое предложение, отправив свои CAD-файлы.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Q: Существует ли интерполяция мельницы?
А: Да, существует метод, называемый интерполяционной обработкой, при котором фрезерный станок может имитировать токарный, хотя и со значительно меньшей скоростью и меньшей точностью.
Q: Обойдется ли токарная обработка на станках с ЧПУ дешевле?
А: В целом, нет. Для большинства подходящих (цилиндрических) деталей в рамках заданного бюджета токарная обработка более эффективна и менее затратна. Фрезерование используется для деталей, которые нельзя обрабатывать токарным методом.
Q: Что такое токарно-фрезерный станок?
A: Гибридный обрабатывающий центр, способный выполнять токарную и фрезерную обработку за одну установку. Заготовка вращается для токарной обработки, а станок также имеет вращающиеся инструменты для сверления или фрезерования без перемещения заготовки на другой станок.
Q: Какой процесс обеспечивает наилучшее качество отделки?
А: Токарная обработка обеспечивает более качественную чистовую обработку цилиндрических деталей, поскольку резание происходит непрерывно. Фрезерование оставляет следы инструмента в местах постоянного вращения режущей кромки.
