Обработка на станках с ЧПУ: руководство для начинающих

Механическая обработка с ЧПУ позволяет создавать самые крутые и сложные металлические детали, которые только можно вообразить. Настоящее удовольствие — запрограммировать станок с ЧПУ и наблюдать, как он творит магию, эффективно и точно обрабатывая металл. Хочется попробовать? Если у вас есть опыт ручной обработки, и вы хотите перейти на более высокотехнологичный уровень, мир ЧПУ предлагает массу возможностей. Стоит начать с основ — и в этом вам поможет наше руководство по ЧПУ для начинающих.

В обработке с ЧПУ движение станков и оборудования управляется компьютерным кодом. Код задаёт направления и скорости перемещений, а также инструкции по резке и формированию материала.

Автоматизация этих функций обеспечивает более высокую точность, сложность и объёмы производства по сравнению с ручной обработкой. Именно поэтому ЧПУ широко используется и продолжает набирать популярность в массовом производстве — особенно в высокотехнологичных отраслях, таких как аэрокосмическая и медицинская промышленность.

Хотя основные процессы — это токарная обработка и фрезеровка, почти любой тип станка можно найти в ЧПУ-исполнении. Популярные станки с ЧПУ включают:

• Токарные станки — инструмент подаётся к заготовке, вращающейся вокруг оси, чтобы её обточить. Используются для изготовления цилиндрических деталей (валов, шпинделей);
• Фрезерные станки — вращающаяся фреза снимает материал с заготовки. Подходит для плоских и объёмных форм, а также для точных отверстий и пазов;
• Оптоволоконные лазерные резаки — тонкий лазерный луч высокой мощности режет металл с высокой скоростью и точностью. Подходит для работы с нержавеющей сталью, алюминием, латунью и другими металлами;
• Лазерные станки CO₂ — инфракрасный лазерный луч испаряет материал по заданной траектории. Идеален для неметаллов: дерева, акрила, фанеры, кожи, ткани и пластика. Подходит для гравировки и раскроя;
• Листогибочные прессы с ЧПУ — пресс сдавливает листовой металл между пуансоном и матрицей, формируя изгиб. Идеальны для точного и повторяемого гиба стали, алюминия и других металлов в производстве корпусов, панелей и рам;
• Плазменные резаки — управляемая дуга плазмы прорезает металл. Используется для резки толстых заготовок;
• 3D-принтеры — аддитивная технология (в отличие от всех вышеперечисленных — субтрактивных), использует ЧПУ для построения деталей послойно. Применяются для прототипов и малых серий.

Как и в других видах обработки, всё начинается с чертежа. Только здесь чертёж — это модель CAD (computer-aided design).

Если вы хотите освоить ЧПУ, придётся познакомиться с CAD-софтом. Самые популярные программы:

• AutoCAD — широко используемый инструмент в архитектуре, машиностроении и производстве;
• SolidWorks — это профессиональная программа для 3D-моделирования и проектирования, используемая инженерами и конструкторами. Позволяет создавать точные чертежи, сборки и симулировать работу механических узлов;
• Creo (ранее Pro/ENGINEER) — это мощная CAD/CAM/CAE-система для 3D-проектирования, разработки деталей и сборок. Часто используется в машиностроении и авиастроении благодаря точности и возможностям параметрического моделирования;
• FreeCAD — бесплатная open-source 3D-САПР, отлично подходит для студентов и энтузиастов.

Если вы никогда не работали с CAD, начните с онлайн-курсов. Также помогут официальные руководства, книги вроде серии «Для чайников» — или просто пробуйте и экспериментируйте с бесплатной версией.

Главное — практика!

CAD-модель у вас есть. Что дальше?

Следующий шаг — перевести её в код, который будет управлять станком с ЧПУ.

В программировании ЧПУ используются два основных типа кода:

• G-код — отвечает за геометрию, куда и как двигаться;
• M-код — за вспомогательные функции (смена инструмента, подача СОЖ и пр.).

Осваивать G-код и M-код не обязательно — современные CAM (computer-aided manufacturing) программы автоматически переводят CAD-модель в нужный код.

• Mastercam — универсальная программа с модулями для фрезеровки, токарки, эрозионной обработки и др;
• SolidCAM — полностью интегрирована в SolidWorks;
• GibbsCAM — продвинутый софт с поддержкой 2D и 3D обработки, а также многофункциональной обработки;
• CATIA — мощный CAD/CAM/CAE-пакет, используется в авиакосмической и автомобильной промышленности;
• Fusion 360 — облачная платформа для проектирования и производства.

Даже при использовании CAM важно понимать основы G-кода, так как часть M-кодов зависят от конкретной модели станка.

Код готов — но не всё так просто, нельзя просто нажать «Пуск» и ждать идеального результата.

Нужно правильно подготовить станок. Неправильная настройка может привести к дорогостоящим ошибкам.

Основные шаги:

1. Очистите станок — удалите стружку, остатки СОЖ, пыль;
2. Установите и выровняйте инструмент — зафиксируйте фрезы, сверла и др. по инструкции, проверьте соосность и вылет;
3. Разогрейте станок — выполните цикл прогрева, чтобы избежать отклонений из-за температурного расширения;
4. Задайте длину инструмента — измерьте и задайте длину инструмента относительно эталонной точки;
5. Закрепите заготовку — зафиксируйте материал в тисках или патроне, выровняйте по базам;
6. Настройте координаты — задайте точку отсчёта в рабочей системе координат WCS («ноль» заготовки);
7. Загрузите код — через USB, локальную сеть или (на старых моделях) дискеты;
8. Проверьте СОЖ — уровень, состояние и тип жидкости;
9. Пробный запуск без заготовки — проверьте траектории;
10. Пробный запуск с заготовкой — проверьте длины и корректность обработки.

Особенность работы с автоматизированной системой ЧПУ в том, что после запуска она работает самостоятельно и находится вне вашего прямого контроля. Но вам всё равно нужно быть начеку.

Следите за процессом:

1. Следите за работой режущего инструмента через защитное стекло;
2. Прислушивайтесь к шуму — посторонние звуки могут быть тревожным сигналом;
3. Проверяйте подачу СОЖ;
4. Следите за температурой;
5. Если видите дым или чувствуете запах гари — немедленно остановите процесс!

После каждого цикла осматривайте деталь на предмет дефектов — это поможет вовремя выявить ошибки в настройке или программировании.

Если вы инвестировали в станок с ЧПУ, не экономьте на инструменте. Качественный инструмент обеспечивает точность, чистоту обработки и снижает риск поломок.