Что такое обработка с ЧПУ и как она работает - просто о сложном

Что такое ЧПУ

Станок с числовым программным управлением (ЧПУ) - это специализированное оборудование, предназначенное для обработки материала в соответствии с заданными производственными стандартами и требованиями к компонентам. 

ЧПУ станки оснащены специальным программным обеспечением, которое контролирует движение сложных механизмов, таких как шлифовальные, токарные, фрезерные станки и другие режущие инструменты, используемые для удаления материала.

Эти технологии автоматизированного производства позволяют выполнять широкий спектр сложных и точных задач обработки на станках с ЧПУ для создания готовых изделий и специально разработанных деталей для автомобильной, оборонной и аэрокосмической промышленности.

Хотя 3D-печать и другие процессы аддитивного производства (т.е. производства, где деталь создаётся с помощью добавления материала, например, слой за слоем в 3D-принтере) занимают центральное место в производстве деталей из мягких материалов в XXI веке, большинство предметов повседневного пользования по-прежнему являются результатом применения высокоавтоматизированных методов субтрактивной обработки (т.е. производства вытачиванием детали из цельного куска материала).

Пластиковые бутылки для воды изготавливаются из пресс-форм с использованием технологии штамповки с ЧПУ, а отдельные компоненты системы привода любого автомобиля фрезеруются с соблюдением точных размеров, чтобы все движущиеся шестерни плотно прилегали друг к другу, обеспечивая оптимальные механические характеристики.

Скорее всего, почти всё, с чем вы соприкасаетесь в повседневной жизни, когда-то было обработано на станке. Если вы когда-нибудь путешествовали на самолете - например, на Boeing 747, - то для того, чтобы этот самолет поднялся в воздух, было обработано и затем собрано более миллиона отдельных компонентов.

Как они работают

Станки с ЧПУ столь же универсальны и динамичны, как и множество создаваемых ими изделий. Однако большинство станков с ЧПУ работают в двух рамках: разомкнутый или замкнутый контур.

В системах ЧПУ с открытым (или разомкнутым) контуром оператор разрабатывает компьютерное числовое управление для конкретной задачи и генерирует специальный код или рабочий файл с помощью программ автоматизированного проектирования (CAD). Затем компьютер передаёт необходимые действия на контроллер и подключенные к нему серводвигатели.

Эти двигатели управляют режущими инструментами, такими как токарные или шлифовальные станки, как минимум по двум осям (X и Y), хотя высокотехнологичные станки с ЧПУ могут повысить универсальность и точность за счёт перемещения фрезерных станков с ЧПУ и других приспособлений по нескольким дополнительным осям.

Замкнутые системы ЧПУ передают данные обратной связи на монитор для устранения несоответствий в процессе перемещения станков по материалу. Такая связь между двигателем и монитором позволяет замкнутым системам изменять скорость и положение токарных станков и других станков с ЧПУ в режиме реального времени.

Для чего применяют станки с ЧПУ

1. Резка

Станки с ЧПУ являются прекрасными инструментами для проектов, требующих точной и быстрой резки, и на них можно реализовать две наиболее совершенные технологии резки: электроэрозионную (ЭЭМ) и проволочную (ЭПМ).

В электроэрозионном станке используется термическая эрозия, возникающая при взаимодействии двух электродов - одного, закреплённого на инструменте в виде меди или графита. Другой - диэлектрическая жидкость, в которой купается материал. Удивительно, но в процессе производства инструмент и заготовка никогда не вступают в прямой контакт.

Проволочная электроэрозия работает аналогичным образом, только в качестве точного режущего инструмента используются проволочные электроды.

2. Сверление

Этот точный процесс проделывания отверстий использует вращающийся режущий инструмент, обычно свёрла или высокоскоростные струи воды, для получения круглых отверстий в неподвижной заготовке. В эти отверстия часто устанавливаются винты и болты.

3. Шлифование

Станки с ЧПУ часто оснащаются абразивными кругами, позволяющими получать практически безупречную поверхность. Этот метод субтрактивного шлифования значительно превосходит по точности любой аддитивный процесс производства и позволяет уменьшить дефекты до допусков, составляющих всего 1/10 ширины человеческого волоса.

4. Фрезерование

Фрезерный станок с ЧПУ, подобно другим ручным фрезерным станкам, использует водоструйные или токарные инструменты для снятия материала с неподвижной заготовки. Фрезерные станки с ЧПУ могут перемещаться по нескольким осям, что позволяет операторам с абсолютной точностью выполнять горизонтальные, вертикальные, угловые и торцевые фрезерные работы.

Такие возможности многоосевого фрезерования повышают эффективность процесса изготовления сложных деталей из дерева, металла и пластмассы, поскольку машинист может меньше раз подгонять и закреплять исходный материал.

5. Токарная обработка

Этот процесс на станках с ЧПУ аналогичен фрезерованию, однако вместо закрепления заготовки на рабочем столе она крепится к вращающемуся с высокой скоростью механизму. Рабочий, используя токарный станок или ЧПУ с аналогичным приспособлением, снимает небольшое количество материала, пока не придаст заготовке нужную форму.

А на этом всё. Надеюсь, что сумел в доступной форме объяснить, что такое ЧПУ, зачем и где оно применяется.