З часоў прамысловай рэвалюцыі кампаніі шукалі новыя і больш эфектыўныя спосабы павелічэння вытворчасці і максімальнага выкарыстання сваіх рэсурсаў.
У канцы 40-х гадоў Джон Т. Парсанс распрацаваў паняцце «лікавае праграмнае кіраванне» (ЧПК) з дапамогай машын, якія прабівалі стужку, і гэта стала пачаткам таго, што мела працяглы ўплыў.
ЧПУ або «камп'ютэрнае лікавае праграмнае забеспячэнне» стала тэхналагічным прагрэсам гэтага працэсу, і яно існуе з 1952 года, калі Рычард Кег (у супрацоўніцтве з Масачусецкім тэхналагічным інстытутам) распрацаваў першы фрэзерны станок з ЧПУ (Cincinnati Milacron Hydrotel, запатэнтаваны ў 1958 годзе як «Рухавік, кіраваны апарат для пазіцыянавання станка») — гэта стала сапраўдным камерцыйным нараджэннем тэхналогіі, і з таго часу яна прайшла доўгі шлях.
Па меры таго, як развіццё камп'ютэрных тэхналогій, трохмернага друку і іншых інавацый змяняе тэхналагічны ландшафт, складанасць і дробныя дэталі многіх задач па рэзцы і апрацоўцы становяцца ўсё больш заблытанымі, і апрацоўцы на станках з ЧПУ давялося адаптавацца, каб не адставаць, асабліва з з'яўленнем трохмернага друку (які, магчыма, з'яўляецца адным з яго найбуйнейшых канкурэнтаў).
ЧПУ — гэта праграмуемы код, які распрацоўваецца і ўводзіцца ў пэўныя машыны і дазваляе ім выконваць дакладныя рухі — бярэ віртуальны аб'ект (дызайн) і ператварае яго ў рэальны (прадукт).
Паколькі гэты код пераўтвараецца ў «дэкартавыя каардынаты», машыны функцыянуюць амаль як робаты — забяспечваючы высокі ўзровень дакладнасці і якасць, якая заўсёды будзе такой жа добрай, як і ў першапачатковай канструкцыі.
Калі мы гаворым пра апрацоўку на станках з ЧПУ, мы маем на ўвазе фрэзераванне, такарэнне і свідраванне, але ў цэлым тэрмін «апрацоўка» ахоплівае шырокі спектр механічных тэхналогій, якія ўключаюць фізічны кантакт для выдалення матэрыялу з выкарыстаннем розных інструментаў.
Усе апрацоўкі з ЧПУ выкарыстоўваюць станкі з ЧПУ, але не ўсе яны прызначаны для апрацоўкі - і гэта звязана з лічбавым праграмным кіраваннем і выкарыстаннем камп'ютарызаваных сістэм, якія дазваляюць аўтаматызаваць метад - станкі з ЧПУ могуць уключаць розныя тыпы разцоў (напрыклад, плазменныя або лазерныя), прэсы для гнуткага абразання і гэтак далей, але яны таксама ўключаюць кампутары.
У гэтым артыкуле мы больш падрабязна разгледзім фрэзераванне і свідраванне на станках з ЧПУ, абмяркуем, што азначаюць гэтыя тэрміны, як працуюць станкі і ў чым розніца паміж гэтымі двума тэхналагічнымі тыпамі, а затым разгледзім, як яны выкарыстоўваюцца і што чакае апрацоўку на станках з ЧПУ ў будучыні, бо яна канкуруе з іншымі тэхналогіямі і інавацыямі.
Што такое фрэзераванне з ЧПУ?
Калі гаворка ідзе пра фрэзераванне з ЧПУ, гэта працэс аднімання, які выкарыстоўвае сістэму лікавага кіравання для аўтаматызацыі і апрацоўкі шляхам выдалення матэрыялаў, пакуль не будуць сфармуляваны канчатковыя і гатовыя канструкцыі.
Фрэзераванне — гэта тэрмін, які выкарыстоўваецца для абазначэння працэсу рэзання і свідравання матэрыялаў (часта дрэва, пластыка або металу). Звычайна выкарыстоўваецца круцільны цыліндрычны інструмент (фрэза), які ўстаўляецца ў шпіндзель. Фрэзы могуць быць рознай формы і памеру і дазваляць рухацца ўздоўж розных восяў для рэзання пад рознымі вугламі, ствараючы ў матэрыяле пазы, адтуліны і дэталі.
Да з'яўлення тэхналогіі ЧПУ фрэзерныя станкі былі розных тыпаў (ад 2-восевых да 5-восевых), прычым кожнае прагрэсіўнае лікавае значэнне дадавала розную вось або функцыю. Паколькі фрэзерныя станкі з ЧПУ кіруюцца камп'ютарам, яны выкарыстоўваюць любую колькасць восяў (ад 2 да 5) і не патрабуюць ручнога кіравання.
Сучасныя фрэзерныя станкі з ЧПУ можна збіраць як у гарызантальных, так і ў вертыкальных апрацоўчых цэнтрах — вертыкальны станок мае вось, арыентаваную ў вертыкальным становішчы, і звычайна мае доўгія тонкія рэжучыя інструменты — яны, як правіла, таннейшыя за гарызантальныя фрэзерныя станкі (цэны могуць адрознівацца ў 4-5 разоў), часцей сустракаюцца ў майстэрнях (з-за даступнасці, якая забяспечваецца больш нізкай цаной), і лічацца больш простымі ў выкарыстанні (з павышанай бачнасцю працоўнай зоны для карыстальніка).
Гарызантальныя станкі арыентаваны з воссю ў гарызантальным становішчы і, як правіла, маюць карацейшыя і тоўстыя рэжучыя інструменты. Пры параўнанні гэтых двух станкоў гарызантальныя станкі лічацца менш універсальнымі, але таксама значна лепш падыходзяць для апрацоўкі доўгіх матэрыялаў, бо яны таксама дазваляюць ствараць дэталі з меншай колькасцю аперацый, лепшай аздабленнем паверхні і хутчэй фрэзераваць.
З-за велізарнага дыяпазону канструкцый, якія можна стварыць з дапамогай станка з ЧПУ, не дзіўна, што існуе цэлы шэраг розных тыпаў фрэзерных станкоў з ЧПУ, якія адрозніваюцца па памеры, каб лепш адпавядаць задачам, для якіх яны выкарыстоўваюцца, — напрыклад, фрэзерныя станкі з рэвальвернай галоўкай, якія працуюць вертыкальна з фіксаваным шпіндзелем (стол падладжваецца пад працу), якія найлепш падыходзяць для дэталёвай апрацоўкі, або фрэзерныя станкі з падоўжнай галоўкай, якія пабудаваны на больш буйных і жорсткіх рамах і часта выкарыстоўваюцца для вытворчасці сярэдняга памеру, з якой рэвальверная галоўка будзе занадта малая.
Выбар патрэбнай машыны для працы — важнае рашэнне, бо розныя памеры, функцыі і эксплуатацыйныя магчымасці адыгрываюць вялікую ролю ў тым, ці падыходзіць яна для мэты.
Працэс фрэзеравання складаецца з некалькіх розных этапаў ад пачатку да канца — праектаванне патрэбнай дэталі ў САПР (сістэме аўтаматызаванага праектавання), пераўтварэнне гэтага файла ў машынны код, налада абсталявання і стварэнне дэталі.
Неабходна быць уважлівым, асабліва на пачатковым этапе, каб пераканацца, што мадэль, якая распрацоўваецца, магчыма вырабіць, і што машына належным чынам настроена для яе апрацоўкі.
Што такое свідраванне на станках з ЧПУ?
У адрозненне ад фрэзеравання на станках з ЧПУ, якое выкарыстоўвае некалькі восяў і рухаў для фарміравання вырабу або дэталі, свідраванне на станках з ЧПУ - гэта працэс, у якім выкарыстоўваецца круцільны рэжучы інструмент, які стварае круглыя адтуліны. Гэта робіцца ў нерухомай загатоўцы і звычайна выкарыстоўваецца для масавай вытворчасці, бо гэта робіць вытворчую лінію больш эфектыўнай.
Падобна фрэзернаму станку з ЧПУ, гэтыя машыны выкарыстоўваюць камп'ютэрны код для аўтаматызацыі працэсу свідравання, працуючы ў пары з праграмным забеспячэннем з ЧПУ, якое бачыць праект, створаны ў САПР, адфарматаваны ў код і ўведзены ў станок, дзе ён выконвае інструкцыі для свідравання з павышанай дакладнасцю і эфектыўнасцю ў параўнанні з традыцыйнымі метадамі.
Нягледзячы на тое, што свідравальныя станкі з ЧПУ часцей сустракаюцца ў прамысловых умовах, становіцца даступным больш шырокі асартымент больш танных машын, што адкрывае іх выкарыстанне для аматараў і невялікіх прадпрыемстваў.
Гэтыя станкі здольныя працаваць з рознымі матэрыяламі, такімі як шкло, дрэва, пластык і мяккія металы. Яны выпускаюцца ў розных памерах і стылях, у тым ліку вертыкальныя, настольныя і радыяльныя, і ў кожным станку ёсць некалькі элементаў, такіх як шпіндзель (для мацавання патрона і свердзела), стол (для забеспячэння працоўнай прасторы для свідравальнай машыны), калона (для падтрымкі элементаў станка з ЧПУ), свердзел (для самой працы) і інтэрфейс (для кіравання станкамі з дапамогай аператара).
Пры выбары свідравальнага станка з ЧПУ варта ўлічваць мноства фактараў, у тым ліку памер даступнай працоўнай зоны, яго сумяшчальнасць з праектамі, даўгавечнасць, узровень крутоўнага моманту, хуткасць шпіндзеля і зручнасць выкарыстання.
Пасля налады машыны этапы выкарыстання пачынаюцца з загрузкі аператарам праекта CAD або CAM (камп'ютэрнае вытворчасць) для пераўтварэння ў код, усталёўкі патрэбнага свердзела, замацавання сыравіны на стале, пачатку працэсу свідравання праз інтэрфейс і пачатку працы машыны, якая свідруе адтуліны адпаведных памераў і дыяметраў.
Выкарыстанне фрэзерных станкоў з ЧПУ
Фрэзерныя станкі з ЧПУ, якія валодаюць універсальнымі магчымасцямі рэзання і высокай дакладнасцю, выкарыстоўваюцца ў розных галінах прамысловасці і для апрацоўкі розных дэталяў або вырабаў.
Для большасці станкоў існуе шырокі асартымент рэжучых інструментаў, якія забяспечваюць большую гнуткасць і магчымасці працы з рознымі матэрыяламі, што яшчэ больш павялічвае зручнасць выкарыстання фрэзерных станкоў з ЧПУ ў розных галінах прамысловасці.
Чатыры асноўныя тыпы фрэзернага пакрыцця:
- Простае фрэзераванне
- Таксама вядома як фрэзераванне пліт або паверхняў, гэта выкарыстоўваецца для стварэння роўнай паверхні
- Фрэзераванне асобы
- Круцільная вось усталёўваецца перпендыкулярна паверхні матэрыялу і спалучаецца з зубчастымі інструментамі для рэзкі сыравіны, прычым тыя, што кантактуюць з плоскім матэрыялам, выкарыстоўваюцца для аздаблення.
- Вуглавое фрэзераванне
- Як і варта было чакаць з назвы, вось інструмента размешчана пад вуглом да паверхні матэрыялу, што забяспечвае сярэднюю кропку паміж плоскім і кантавым фрэзераваннем.
- Фрэзераванне формы
- Гэта фрэзераванне, якое выкарыстоўваецца для стварэння дэталяў, якія не маюць плоскіх паверхняў, і станкі, якія выкарыстоўваюцца, часта абсталёўваюцца некалькімі рознымі інструментамі падчас выканання задачы, каб атрымаць патрэбныя выгібы або формы.
Дзякуючы ўніверсальнасці, якую прапануе працэс фрэзеравання на станках з ЧПУ (вы ў значнай ступені абмежаваныя толькі працаздольнасцю канструкцыі), гэты метад выкарыстоўваецца для вялікай колькасці праектаў. Часцей за ўсё ён асацыюецца з аўтамабільнай і аэракасмічнай прамысловасцю (стварэнне дэталяў аўтамабіляў і самалётаў адпаведна), але дзякуючы сумяшчальнасці з рознымі матэрыяламі (такімі як сталь, алюміній, медзь, тытан, бронза, дрэва, нейлон, экструдаваны поліўрэтан, камень і пластык), гэты працэс таксама выкарыстоўваецца для такіх праектаў, як:
- скульптура
- Прататыпаванне і мадэляванне
- Дрэваапрацоўчы
- Інструментаў
- Апрацоўка алюмінія
- Апрацоўка пластыка
- мэбля
- Signage
- Шафа і паліцы
У залежнасці ад праекта, выкарыстання (ці то для аматараў, ці то для прамысловага комплексу) і маштабу праекта, існуе велізарны спектр ужыванняў фрэзерных станкоў з ЧПУ.
Выкарыстанне свідравання з ЧПУ
Для праектаў, якія патрабуюць больш высокай ступені дакладнасці, большай універсальнасці і большай узнаўляльнасці, свідравальныя станкі з ЧПУ з'яўляюцца разумным варыянтам. Паколькі яны працуюць па дызайне, у працэсе няма памылак чалавека, станкі ствараюць дэталі, якія паўтараюць дызайн CAD/CAM, што дазваляе дасягнуць высокай кансістэнцыі на працягу ўсёй партыі і паміж ёй. Гэта прывяло да таго, што свідравальныя станкі з ЧПУ сталі папулярным варыянтам для стварэння такіх дэталяў, як ступіцы, валы машын, нарыхтоўкі шасцярняў, алюмініевыя або пластыкавыя профілі і многае іншае.
Свідравальныя станкі з ЧПУ ў асноўным выкарыстоўваюцца для разгортвання, зняцця фаскі і свідравання, і шырока выкарыстоўваюцца ў аўтамабільнай, авіяцыйнай, касманаўтычнай, суднабудаўнічай і машынабудаўнічай прамысловасці для вырабу складаных дэталяў.
Звычайныя сферы прымянення гэтых машын ўключаюць:
- выраб металаканструкцый
- Для стварэння дакладных дэталяў у цвёрдых металічных матэрыялах свідруюцца дакладныя адтуліны. Гэтыя метады часта выкарыстоўваюцца ў аўтамабільнай, аэракасмічнай і будаўнічай прамысловасці для вырабу тарцовых дэталяў.
- Выраб драўніны
- Станок з ЧПУ з'яўляецца часткай стандартных аперацый для вытворцаў дрэваапрацоўчых вырабаў (напрыклад, вытворцаў мэблі, вытворцаў сталяроў і г.д.). Свідравальны станок часта выкарыстоўваецца разам з іншымі станкамі з ЧПУ для забеспячэння стандартызаваных узроўняў такарнай, фрэзернай і шліфавальнай апрацоўкі.
- Вытворчасць кампанентаў і дэталяў.
- Вытворцы часта выкарыстоўваюць станок з ЧПУ для свідравання, асабліва ў тых галінах прамысловасці, дзе дакладнасць і паўтаральнасць - гэта не проста прыемная рэч, але і крытычна важныя для поспеху прадукцыі (напрыклад, у вылічальнай тэхніцы).
- Вытворчасць пластмас
- Дзякуючы сваёй універсальнасці і здольнасці працаваць з рознымі стылямі і інструментамі для стварэння стандартызаваных вырабаў, вытворцы розных пластмас таксама выкарыстоўваюць свідраванне на станках з ЧПУ для вырабу электронных дэталяў.
- Электрычныя прыкладання
- Свідравальныя станкі з ЧПУ (і іншыя станкі з ЧПУ) маюць важнае значэнне для прадпрыемстваў электратэхнічнай прамысловасці. Вядома, што вытворцы свідравальных станкоў у некалькіх выпадках выкарыстоўваюць іх у якасці электраэрозійных машын.
Тып і памер станка, выкарыстоўваны інструмент або свердзел, а таксама складанасць працы — усё гэта ўплывае на тое, які свідравальны станок найлепш падыходзіць для канкрэтнай задачы, але дзякуючы ўзаемазаменным дэталям і магчымасці ствараць вытанчаныя дэталі з надзейным паўтарэннем, свідравальны станок з ЧПУ, безумоўна, з'яўляецца каштоўным інструментам у майстэрнях многіх прадпрыемстваў.
Розніца паміж фрэзераваннем з ЧПУ і свідраваннем з ЧПУ
Фрэзераванне і свідраванне на станках з ЧПУ — гэта субтрактыўныя тэхналогіі, якія патрабуюць большай колькасці матэрыялаў для атрымання гатовага прадукту. Гэтыя тэхналогіі не выключаюць адна адну, і іх выкарыстанне ў значнай ступені залежыць ад таго, што трэба зрабіць.
Нягледзячы на тое, што машыны выглядаюць аднолькава і працуюць аднолькава, іх функцыі істотна адрозніваюцца.
Асноўнае адрозненне паміж фрэзераваннем з ЧПУ і свідраваннем з ЧПУ заключаецца ў функцыянальнасці, руху і жаданым выніку — для праектаў, якія патрабуюць толькі адтулін, свідраванне з'яўляецца найбольш прыдатным варыянтам, але калі канструкцыя больш складаная і патрабуе розных формаў або паверхняў, то фрэзерны станок з ЧПУ з'яўляецца найлепшым выбарам.
Свердзелы з ЧПУ выкарыстоўваюцца для праціскання матэрыялу і стварэння дакладных адтулін з плоскай паверхні, у той час як фрэзераванне выконвае рэзы па розных восях і можа ствараць розныя формы выразаў у матэрыяле дзякуючы сваёй рухомасці ўздоўж гэтых восяў.
Фрэзерныя станкі дазваляюць выкарыстоўваць свердзелы для рэзкі ўздоўж і ўніз, але свідравальныя станкі не дазваляюць рэзаць гарызантальна фрэзернымі наканечнікамі.
Большасць фрэзерных станкоў з ЧПУ маюць убудаваныя сталы для мацавання матэрыялаў і праекта, але гэта не заўсёды так са свідравальнымі станкамі з ЧПУ — яны могуць пастаўляцца з ціскамі, што робіць іх больш гнуткімі пры ўсталёўцы ў месцы, дзе абмежаваная прастора з'яўляецца праблемай.
Свідравальныя станкі таксама маюць перавагу ў тым, што часта значна менш грувасткія, чым фрэзерныя, хоць ні адзін з іх не асабліва падыходзіць для мабільных аперацый.
Абедзве тэхналогіі маюць свае плюсы і мінусы, і пры выбары найбольш падыходнага станка з ЧПУ — свідравальнага або фрэзернага, — усё будзе ў значнай ступені залежаць ад тыпу працы, для якой ён набываецца, колькасці даступнай прасторы для яго ўстаноўкі, хуткасці і якасці вылічальнага інтэрфейсу і даступных злучэнняў (напрыклад, хуткасці Інтэрнэту), а таксама бюджэтных абмежаванняў кампаніі.
Важна таксама адзначыць, што многія прылады з ЧПУ могуць працаваць разам (акрамя фрэзернага і свідравальнага), і наяўнасць прасторы і бюджэту для пашырэння на іншыя вобласці і станкі можа значна павялічыць даступныя прадукцыйныя і творчыя магчымасці.
Фрэзераванне і свідраванне на станках з ЧПУ ў заключэнне
Тэхналагічны прагрэс працягвае змяняць ландшафт галіны, і субтрактыўныя метады могуць больш не быць такімі пажаданымі, як раней, асабліва з улікам такіх варыянтаў, як 3D-друк, які стварае ўзор, а не выбівае матэрыялы для яго стварэння.
Але гэта не значыць, што будучыня фрэзеравання або свідравання на станках з ЧПУ абмежаваная — тэхналогія ўсё яшчэ развіваецца і змяняецца, бо камп'ютэрнае праграмаванне становіцца больш гнуткім, раней недаступныя канструкцыі становяцца даступнымі для стварэння, а розныя матэрыялы ўводзяцца ў шырокае ўжыванне.
Станкі з ЧПУ па-ранейшаму прапануюць значныя паляпшэнні ў хуткасці вытворчасці металічных вырабаў, а для больш буйных дэталяў гэтыя станкі ўсё яшчэ працуюць з лішкам сваіх бліжэйшых тэхналагічных канкурэнтаў.
Будучыня ЧПУ накіравана на далейшую інтэграцыю і сінхранізацыю паміж некалькімі станкамі, каб павысіць эфектыўнасць і магчымасці ўсяго працэсу вырабу дэталяў, што, натуральна, прывядзе да скарачэння часу вытворчасці без адпаведнага ўплыву на якасць.
Па меры таго, як інструменты становяцца больш спецыялізаванымі і наладжвальнымі, будзе павялічвацца прадукцыйнасць, дакладнасць і меншая патрэба ў прастоі або астуджэнні, бо гэтая тэхналогія працягвае спрыяць развіццю больш крэатыўных і спецыялізаваных прадуктаў.
Аднак, калі гаворка ідзе пра вытворчыя працэсы, старая прымаўка ўсё яшчэ вельмі актуальная: «Трэба выбраць правільны інструмент для правільнай працы».
