⚙️🤖🦾Что такое обработка с ЧПУ? (Станки с ЧПУ (числовым программным управлением))

Станки с ЧПУ (числовым программным управлением) играют важную роль в производственном процессе. Они управляются компьютерами, обеспечивая эффективность и точность, недоступные оператору вручную.

Станок с числовым программным управлением (ЧПУ) - это обрабатывающий инструмент, который придает заготовке желаемую форму, соответствующую производственным директивам и требованиям к компонентам. Станки с ЧПУ используют предварительно запрограммированное программное обеспечение для управления движениями сложного оборудования, включая шлифовальные станки, токарные станки, фрезы и другие режущие инструменты, используемые для удаления материала.

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

Хотя 3D-печать и другие процессы аддитивного производства занимают центральное место в производстве компонентов из мягких материалов 21-го века, большинство повседневных предметов по-прежнему являются результатом высокоавтоматизированных технологий субтрактивной обработки.

Пластиковые бутылки для воды изготавливаются из пресс-форм с использованием технологии штамповки с ЧПУ, а отдельные компоненты приводной системы любого автомобиля на дороге фрезеруются до точных размеров, позволяющих всем движущимся шестерням без проблем подогнать друг к другу для достижения оптимальной механической производительности.

"Скорее всего, почти ко всему, к чему вы прикасаетесь в повседневной жизни, в какой-то момент прикасался станок", - говорит профессор инженерного дела Университета Теннесси в Ноксвилле Тони Шмитц. "Если вы когда-либо летали на самолете — например, на Boeing 747 — более миллиона отдельных компонентов были обработаны, а затем собраны, чтобы поднять этот самолет в воздух".

Как работает станок с ЧПУ?

Фрезерные станки с ЧПУ обычно используются для фрезерования дверей шкафов.

Станки с ЧПУ столь же универсальны и динамичны, как и множество создаваемых ими изделий. Однако большинство станков с ЧПУ работают в двух рамках: система с разомкнутым или замкнутым контуром.

В системах ЧПУ с разомкнутым контуром оператор разрабатывает компьютерное числовое управление для выполнения поставленной задачи и генерирует g-код или рабочий файл с помощью программного обеспечения автоматизированного проектирования (CAD). Затем компьютер передает необходимые действия контроллеру и подключенным к нему серводвигателям.

Эти двигатели управляют режущими инструментами, такими как токарные станки или шлифовальные машины, по крайней мере, по двум осям (X и Y), хотя высокопроизводительные станки с ЧПУ могут повысить универсальность и точность, перемещая фрезы с ЧПУ и другие принадлежности по нескольким дополнительным осям.

Системы ЧПУ с замкнутым контуром передают данные обратной связи на монитор для устранения несоответствий при перемещении станков с ЧПУ по материалу. Эта связь между двигателем и монитором позволяет системам с замкнутым контуром изменять скорость, положение и подачу токарных станков и других станков с ЧПУ в режиме реального времени.

5 Основных функций станков с ЧПУ

Вот несколько наиболее распространенных промышленных применений станков с ЧПУ:

1. Резка

Станки с ЧПУ являются отличными инструментами для проектов, требующих точной и эффективной скорости резки, и они могут использовать две самые передовые технологии резки: электроэрозионную обработку sinker EDM (электроразрядная машина) и электроэрозионную обработку проволоки.

В электроэрозионном станке sinker EDM используется термическая эрозия от взаимодействия между двумя электродами, один из которых прикреплен к инструменту в виде меди или графита. Другой - это диэлектрическая жидкость, в которую погружен материал. Как ни странно, инструмент и заготовка никогда не соприкасаются напрямую во время производства. Электроэрозионная обработка проволоки работает таким же образом, за исключением того, что в качестве точных режущих инструментов используются проволочные электроды.

2. Сверление

В этом процессе точной пробивки отверстий используется вращающийся режущий инструмент, обычно сверла или высокоскоростные струи воды, для получения круглых отверстий в неподвижной заготовке. В этих отверстиях часто размещаются монтажные винты и болты.

При сверлении с ЧПУ используется вращающийся режущий инструмент для получения круглых отверстий в заготовке, например в дереве. Отверстия сделаны для размещения винтов или болтов станка.

3. Шлифовка

Станки с ЧПУ часто оснащены абразивными кругами, которые обеспечивают практически безупречную отделку поверхности. Этот метод субтрактивного шлифования значительно превосходит точность любого процесса аддитивного производства и может уменьшить дефекты до допусков, составляющих всего 1/10 ширины человеческого волоса.

4. Фрезерование

Фрезерный станок с ЧПУ, аналогичный базовым фрезам и другим ручным фрезерным станкам, использует токарные станки, водяные форсунки или токарные инструменты для удаления материала со стационарной заготовки. Фрезы с ЧПУ могут перемещаться по нескольким осям, что позволяет операторам выполнять горизонтальное, вертикальное, угловое и торцевое фрезерование с абсолютной точностью. Эти возможности с несколькими углами наклона повышают эффективность процесса изготовления сложных деталей из дерева, металла и пластика, поскольку механик может регулировать и повторно закреплять исходный материал меньшее количество раз.

5. Токарная обработка

Этот процесс на станке с ЧПУ работает аналогично фрезерованию; однако вместо крепления заготовки к рабочему месту она прикрепляется к токарному механизму, который вращается с высокой скоростью. Рабочий, использующий токарный станок или станок с ЧПУ с аналогичным приспособлением, затем удаляет небольшие куски материала, пока они не придадут заготовке желаемую форму.

Что такое программное обеспечение для автоматизированного производства?

Программное обеспечение CAM и CAD являются важными компонентами для обработки с ЧПУ.

Программное обеспечение для автоматизированного производства (CAM) является важным компонентом процесса обработки с ЧПУ. Это посредник и интерпретатор любой автоматизированной операции обработки, поскольку он управляет как человеческими, так и автоматизированными вводами и выводами на каждом этапе производства.

Например, дизайнеры создают 3D-модели своего проекта в программном обеспечении автоматизированного проектирования (CAD) и загружают файл в CAM. Затем CAM интерпретирует модель и действует как генератор m-кода или g-кода, переводя цель проекта на язык программирования с ЧПУ. По мере того, как станок с ЧПУ работает над проектом, он отправляет данные обратно в CAM и информирует оператора о любых переменных, которые могут повлиять на результат продукта.

Краткая история станков с ЧПУ

Обработка с ЧПУ уходит корнями в технологические достижения во время промышленной революции в середине 19 века, когда производственные компании начали использовать токарные станки на базе кулачков и фрезерные инструменты в массовом производстве огнестрельного оружия, заводского оборудования и предметов повседневного обихода. К 1940-50-м годам элементарная обработка с числовым программным управлением в виде перфокарт m-code начала автоматизировать несколько производственных задач, которые первоначально контролировались вручную командой рабочих.

По мере совершенствования цифровых компьютеров и компьютерного программного обеспечения в 1970-х и 80-х годах можно было автоматизировать больше производственных инструментов для повышения скорости производства и общей эффективности.

Сейчас, в 21 веке, программное обеспечение CAM и CAD, а также передовые станки с ЧПУ позволяют небольшим производственным бригадам разрабатывать экономически эффективную стратегию изготовления большого количества сложных деталей. Поскольку машинное обучение и искусственный интеллект продолжают развиваться, обрабатывающая промышленность, вероятно, продолжит оптимизировать и автоматизировать процессы.

Как будет выглядеть будущий процесс обработки с ЧПУ?

В настоящее время ощущается нехватка квалифицированных станкостроителей, знакомых с программированием на ЧПУ.

Может быть легко мечтать о мире, где роботы выполняют всю работу, поскольку мы вступаем в первые этапы революции в области искусственного интеллекта, однако специалисты по обработке и академические инженеры понимают, что процесс обработки с ЧПУ требует квалифицированных рабочих, чтобы гарантировать, что все работает должным образом.

"Это [обработка с числовым программным управлением] является краеугольной возможностью, которая не исчезнет в ближайшее время", - говорит Шмитц. Вместо этого Шмитц утверждает, что аддитивное и субтрактивное производство фактически дополняют друг друга до такой степени, что "гибридное производство" станет будущим процессом обработки с ЧПУ.

Шмитц также говорит, что это гибридное производство "начнется с детали с добавлением присадок, которая является предформовкой, а затем мы будем использовать ограниченную обработку для получения гладкой поверхности, которой невозможно добиться с помощью присадок".

Однако одним из наиболее сложных препятствий, стоящих перед будущим обработки на станках с ЧПУ, является текущая нехватка квалифицированных рабочих, которые знакомы с программированием на станках с ЧПУ. Этот дефицит будет только усугубляться по мере того, как опытные специалисты по ЧПУ уходят на пенсию и лишь немногие приходят в отрасль, чтобы занять их место.

В Соединенных Штатах Министерство обороны и различные другие федеральные агентства осознали необходимость возродить провалившуюся национальную производственную программу и внедрить передовые производственные процессы, которые сделают страну конкурентоспособной в отрасли.

"Хотя исторически обработка считалась ремеслом, где кому-то нужны годы обучения и практического опыта, прежде чем он сможет создавать нужные детали, я верю, что мы перейдем от этого к более автоматизированной среде обработки", — говорит Шмитц. "Рабочие места по-прежнему будут, но они будут кардинально отличаться от того, что было, когда технология ЧПУ появилась в 1940-50-х годах".

Источник