Что такое прецизионная обработка? [Часть 1]

Наш мир окружен сложными технологиями, развивающимися быстрыми темпами. В повседневной жизни мы видим множество замысловатых деталей, таких как шестеренки и компоненты внутри машин, что заставляет задуматься о том, как они изготавливаются. Для большинства этих изделий ответ один - прецизионная обработка с ЧПУ.

Процессы с числовым программным управлением (ЧПУ) стали фундаментом для современной промышленности, производя детали в автоматизированном режиме с невообразимой скоростью. Прецизионная обработка с ЧПУ продвинулась еще дальше, добавив точность и упростив процесс производства.

В этой статье мы расскажем о прецизионной обработке, о том, как ее выполнять, о необходимых инструментах и многом другом.

Прецизионная обработка - это производственный процесс, в котором для изготовления деталей используются станки с компьютерным управлением. Это высокоскоростной процесс обработки для изготовления деталей, требующих жестких допусков, высокой сложности или и того, и другого. Прецизионная обработка может выполняться квалифицированным оператором прецизионного станка или даже высокоскоростной робототехникой.

Это субтрактивный производственный процесс, при котором станок начинает с блока и удаляет с него материал с помощью режущего инструмента. Прецизионная обработка часто используется для изготовления целого ряда деталей, которые подходят друг другу и работают вместе.

Успешная прецизионная обработка зависит от сочетания двух факторов:

• Во-первых, для качественной прецизионной обработки требуется высококлассный режущий инструмент, способный аккуратно снимать материал, чтобы он соответствовал требуемым размерам изделия;
• Во-вторых, для этого процесса необходим станок с числовым программным управлением (ЧПУ). Процессы обработки с ЧПУ, обычно включающие высокоскоростную робототехнику, автоматически управляют режущим инструментом, направляя его в нужное место для резки/фрезерования заготовки.

Большинство компаний, занимающихся прецизионной обработкой, выполняют ряд одинаковых этапов для различных типов деталей.

Для создания любой детали необходима графическая модель. Это достигается с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAD). Программное обеспечение CAD позволяет конструктору создавать 2D и 3D модели любой детали для производства.

Обычно проектирование начинается с эскизов, нарисованных от руки, чтобы понять основные концепции детали. Затем конструктор системы автоматизированного проектирования (CAD) ссылается на эти эскизы для создания графической модели с точными размерами. Для автоматизированного проектирования существует множество популярных программ, как бесплатных, так и платных. Производители также могут передать процесс проектирования на аутсорсинг для разработки любой сложной конструкции.

Компьютерное проектирование создает графическое представление детали в цифровом формате. Это представление легко понять конструкторам, операторам и производителям. Однако станки с ЧПУ, используемые для создания детали, не понимают этот цифровой формат напрямую.

Станок понимает координаты, по которым он может перемещать режущий инструмент или сдвигать заготовку. Поэтому станки с ЧПУ требуют, чтобы проект детали был выполнен в подходящем формате, обеспечивающем необходимые производственные инструкции. Программное обеспечение Computer Aided Manufacturing (CAM) используется для создания формата, пригодного для обработки на станках с ЧПУ. Программное обеспечение CAM берет модель CAD и преобразует ее в формат понятный станкам с ЧПУ.

Программное обеспечение Computer Aided Manufacturing (CAM) использует два типа кодов - G и M. Код G управляет координатами режущего инструмента. Код M управляет вспомогательными функциями станка, например, включением или выключением потока охлаждающей жидкости.

После того как проекты готовы в формате CAM, наступает время настройки станка. Обычно для этого требуется калибровка станка и установка заготовки на станок. Станки могут различаться в зависимости от материала заготовки и конструкции конечной детали. Существуют различные инструменты для прецизионной обработки, предназначенные для разных целей. На этом этапе важно правильно затянуть все зажимы и убедиться, что параметры станка, например, уровень охлаждающей жидкости, приемлемы.

После завершения настройки станка, можно приступать к обработке детали. Большинство станков с ЧПУ имеют дисплей для контроля программы и настройки различных параметров. Когда программа будет выполнена, станок с ЧПУ начнет процесс точной обработки.

После того как деталь изготовлена на прецизионном станке, ее можно снять. В зависимости от требований, деталь может быть отправлена на вторичные процессы, такие как шлифовка или полировка. Однако в большинстве случаев готовое изделие, созданное с помощью прецизионной обработки, не нуждается в какой-либо вторичной обработке.

Существует множество различных станков и оборудования для прецизионной обработки в связи с широким применением этого процесса. Различные детали требуют различных видов резки, поэтому был разработан целый ряд режущих инструментов.

Фрезерование с ЧПУ — это субтрактивный производственный процесс, в котором используются вращающиеся фрезы для удаления материала с заготовки. Направление, угол, давление и скорость режущего инструмента могут меняться для создания различных эффектов резания. Фрезерные станки с ЧПУ бывают разных типов, например, фрезерно-гравировальные, фрезерно-сверлильные, вертикальные, горизонтальные, настольные, универсальные, широкоуниверсальные и т.д.

На токарных станках с ЧПУ заготовка вращается вокруг центральной оси, а линейно движущийся режущий инструмент снимает материал с заготовки. Режущий инструмент обычно не вращается, в отличие от фрезерных станков с ЧПУ. Чаще всего в этом процессе используется одноточечный режущий инструмент.

Прецизионные шлифовальные станки применяются на завершающих производственных процессах после обработки деталей/компонентов. При прецизионном шлифовании абразивные шлифовальные круги создают идеально ровную поверхность с очень гладкой отделкой на обработанных деталях. Кроме того, прецизионное шлифование может помочь получить чистовую обработку готового изделия, удаляя небольшие кусочки лишнего материала.

В сверлильных прессах с ЧПУ заготовка удерживается неподвижно, а вращающееся сверло перемещается вокруг нее и создает в ней отверстия. Отверстия могут быть предназначены для сборки деталей или для эстетических целей. Сверлильные прессы с ЧПУ могут создавать отверстия разного размера, изменяя размер сверла. Глубина отверстия может быть отрегулирована путем управления калибровкой станка.

Многоосевая обработка с ЧПУ — это целая система обработки. Режущий инструмент может двигаться в четырех или более направлениях. Многоосевая обработка с ЧПУ позволяет создавать сложные детали с использованием различных режущих инструментов и процессов, таких как фрезерование, гидроабразивная резка или лазерная резка.

При электроэрозионной обработке (EDM) металлу придается форма с помощью электрических разрядов (искр). Электроэрозионная обработка работает только с металлами, поскольку они проводят электричество. При этом используются два электрода - электрод инструмента и электрод заготовки. При этом методе обработки два электрода приближаются друг к другу, но не вступают в физический контакт.

Это создает электрическую дугу между электродами, повышая температуру электрода-инструмента и расплавляя металл. Электроэрозионная обработка обычно применяется для обработки самых твердых металлов из-за сложности их обработки на фрезерных станках. Электроэрозионная обработка обычно применяется для создания отверстий, пазов и конусов в зубчатых колесах.

Лазерная станки с ЧПУ используют высокочастотный лазерный луч для нарезки или гравировки материалов. В отличие от электроэрозионных станков, лазерные станки могут использоваться для обработки неметаллов так же хорошо, как и металлов.

Токарно-фрезерные центры с ЧПУ, объединяют фрезерные и токарные операции. Традиционно фрезерование и точение выполняются на отдельных станках с ЧПУ. Однако объединение этих операций в одном станке может значительно упростить производственный процесс. Токарно-фрезерные центры с ЧПУ выпускаются в двух конфигурациях - вертикальной и горизонтальной. Вертикальная конфигурация считается более устойчивой благодаря воздействию силы тяжести на установку.

Стоимость прецизионной обработки с ЧПУ может быть немного выше, чем при использовании традиционных методов обработки. Однако преимущества, которые дает этот процесс, оправдывают дополнительные инвестиции. Ниже перечислены некоторые из этих преимуществ:

Жесткие допуски являются основной причиной для использования прецизионной обработки с ЧПУ. Допуск также известен как точность размеров. Он означает незначительное отклонение размеров обрабатываемой детали от чертежей CAD. Прецизионная обработка с ЧПУ использует специализированные процессы и режущие инструменты для уменьшения допусков до минимально возможных значений. Это приводит к повышению точности деталей по сравнению с исходными чертежами.

Существует четыре различных типа допусков при выполнении точной механической обработки:

• Односторонние допуски: в этом типе допуска изменение размеров допускается в одном направлении. Предел допуска может быть либо выше, либо ниже намеченного размера;
• Двусторонние допуски: при этом виде допуска отклонения размеров допускаются в обоих направлениях. Допускается, чтобы предел допуска был как выше, так и ниже намеченного размера;
• Составные допуски: составной допуск — это окончательный допуск, рассчитанный после сложения или вычитания допусков различных размеров, составляющих деталь;
• Предельные размеры: верхний и нижний предельные размеры определяются вместо определения требуемого размера. Например, задается, что размер может находиться в диапазоне от 20 мм до 22 мм.

Жесткие допуски напрямую указывают на то, что конечный продукт, созданный в результате прецизионной обработки, будет обладать высокой точностью. Прецизионная обработка обычно выполняется для деталей, которые требуют взаимодействия с другими деталями и компонентами. Поэтому высокая точность становится необходимым условием для безупречной работы этих деталей на последующих этапах.

Концепция повторяемости является одним из важных камней в фундаменте современной обрабатывающей промышленности. Каждая деталь, изготовленная в результате технологического процесса, должна быть похожа на все остальные детали для конечного пользователя. Любое отклонение от этого воспроизведения часто считается дефектом. В этом отношении привлекательна прецизионная обработка. При высокоточной обработке с ЧПУ каждая деталь идентична оригиналу с незначительными отклонениями.

Благодаря отсутствию отклонений при прецизионной обработке, количество бракованных изделий меньше. Таким образом, процесс приводит к снижению процента брака деталей. Следовательно, стоимость материалов ниже. Кроме того, автоматизированный производственный процесс приводит к снижению трудозатрат. Совокупное снижение трудозатрат и стоимости материалов означает, что производственные затраты на обработку с ЧПУ ниже, чем у любых альтернатив.

Прецизионная обработка включает в себя высокоскоростную робототехнику, которая может создавать детали быстрее, чем при ручном производстве на обычных токарных станках. Кроме того, детали имеют высокую точность и близкие допуски, поэтому нет необходимости во вторичных процессах. Это приводит к ускорению сроков производства, повышая производительность и эффективность цеха.

Станок с ЧПУ заменяет человеческий труд компьютерными системами числового управления и устраняет фактор риска человеческой ошибки, связанный с процессами резки. Рабочие могут быть переведены на более квалифицированные должности.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Будущее станков с ЧПУ»‎ и «‎23 отрасли, использующие технологию обработки с ЧПУ [Часть 1]»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!