CNC Equipment Guide What Direction Is the Z Axis on a CNC Machine? On virtually every CNC machine,...
ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕ
Контент
Механическая обработка — это субтрактивный производственный процесс, при котором материал — чаще всего металл — точно удаляется из заготовки с помощью режущих инструментов и контролируемой механической силы, оставляя после себя готовую деталь, соответствующую точным геометрическим характеристикам. Необработанный блок материала изначально больше конечной детали; механическая обработка удаляет все, что не принадлежит.
В производственной практике механическая обработка охватывает широкий спектр операций: токарную обработку, фрезерование, сверление, растачивание, шлифование, протяжку и многое другое. В каждой операции используются разные движения инструмента или заготовки для достижения определенного разреза. Их объединяет точность: современные станки с ЧПУ обычно выдерживают размерные допуски ±0,01 мм или меньше , чего невозможно последовательно добиться вручную.
Само слово происходит от латинского машина , что означает устройство или структуру. В производстве это понятие эволюционировало для описания любого механизированного удаления материала с помощью инструмента. Сегодня, когда инженеры говорят «механическая обработка», они почти всегда имеют в виду резку, управляемую компьютером. Портальный фрезерный станок с ЧПУ стала одной из самых мощных платформ в этой категории, способной обрабатывать детали, недоступные для небольших машин.
Понимание того, что означает механическая обработка, требует понимания отдельных операций, подпадающих под это понятие. Каждый из них удаляет материал по-разному и подходит для различной геометрии детали.
Заготовка вращается, а неподвижный режущий инструмент движется по поверхности. В результате получаются цилиндрические формы — валы, штифты, втулки и резьбовые соединения. Токарный станок с ЧПУ может обеспечить качество поверхности ниже Ра 0,8 мкм за один проход по стали.
Режущий инструмент вращается, в то время как заготовка движется вдоль одной или нескольких линейных осей. Фрезерование создает плоские поверхности, пазы, карманы, контуры и сложные трехмерные профили. Это наиболее универсальная из всех операций обработки, а портальный фрезерный станок с ЧПУ представляет собой самую мощную конфигурацию для крупноформатных работ.
При сверлении отверстия создаются с помощью вращающегося заостренного сверла. Растачивание увеличивает и обеспечивает точную обработку существующих отверстий с помощью одноточечного инструмента. Вместе они решают большинство задач по сверлению отверстий в конструкционных и механических компонентах.
Абразивный круг удаляет очень мелкое количество материала, достигая значений шероховатости поверхности ниже Ра 0,2 мкм и допуски менее ±0,005 мм. Шлифование обычно следует за фрезерованием или точением в качестве завершающего этапа закаленных деталей.
Многозубый инструмент проталкивается или протягивается через заготовку за один ход, вырезая точный профиль — шпоночные канавки, шлицы и внутренние зубья шестерни — классические способы протяжки. Хотя он менее распространен, чем фрезерование, он очень эффективен для крупносерийного производства сложных внутренних форм.
До появления числового программного управления (ЧПУ) механическая обработка была ремеслом, требующим квалифицированных специалистов. Машинист прочитал чертеж, вручную настроил станок и вручную направлял рез с помощью маховиков и щупа. Согласованность деталей полностью зависела от индивидуальных навыков.
ЧПУ заменило маховики серводвигателями, управляемыми программами G-кода. Станок одинаково выполняет одну и ту же траекторию обработки каждой детали, будь то первая деталь или десятитысячная. Этот сдвиг оказал три основных влияния на то, что означает обработка для промышленности:
Портальный фрезерный станок с ЧПУ распространил эти преимущества на заготовки, измеряемые в метрах, а не в миллиметрах. Портальная конфигурация размещает мост оси X на двух вертикальных колоннах, которые охватывают рабочий стол, позволяя шпинделю перемещаться по деталям, до которых никогда не сможет добраться обычный фрезерный станок с колонной и коленом. Типичными заготовками являются каркасы аэрокосмических конструкций, ступицы корабельных винтов, большие основания пресс-форм и станины тяжелого оборудования.
Портальный фрезерный станок с ЧПУ специально создан для обработки больших и тяжелых заготовок, расстояние перемещения которых, силы резания и требования к жесткости конструкции превышают возможности мостовых фрезерных станков или вертикальных обрабатывающих центров.
Две прочные вертикальные колонны, прикрепленные к массивному фундаменту, поддерживают горизонтальную поперечину (портальную балку). Фрезерная головка перемещается вдоль поперечины в направлении оси Y, а сам рабочий стол или портал обеспечивает перемещение по оси X. Движение по оси Z поднимает и опускает шпиндель. В моделях высокого класса к шпиндельной головке добавлены оси вращения A и B, что создает 5-осевой портальный фрезерный станок с ЧПУ возможность обработки подрезов и сложных углов за один установ.
| Класс машины | Х Путешествие | Ю Путешествие | З Путешествие | Грузоподъемность стола |
|---|---|---|---|---|
| Средний портал | 3000 – 6000 мм | 2000 – 3500 мм | 800 – 1200 мм | 10 – 30 т |
| Большой портал | 6000 – 15000 мм | 3500 – 6000 мм | 1200 – 2000 мм | 30 – 100 т |
| Очень большой / рельсовый портал | 15 000 мм | 6000 мм | 2000 мм | 100 т |
Портальные фрезерные шпиндели выбираются в зависимости от материала и процесса. При тяжелой черновой обработке стали и чугуна используются шпиндели с высоким крутящим моментом — часто от 37 кВт до 75 кВт — работа на относительно низких скоростях для поддержания силы резания. Для профилирования алюминия в аэрокосмической отрасли используются высокоскоростные шпиндели, работающие со скоростью от 12 000 до 24 000 об/мин с более низким крутящим моментом, при этом приоритет отдается скорости съема материала за счет скорости подачи, а не силы.
Линейные роликовые направляющие обеспечивают низкое трение и высокую точность позиционирования, но менее подходят для тяжелых прерывистых резов. Коробчатые (направляющие) направляющие обеспечивают гораздо большее демпфирование и сопротивление силам резания, что делает их традиционным выбором для тяжелых портальных машин. Многие современные крупные портальные станки сочетают коробчатые направляющие по оси X (где силы резания самые высокие) с линейными направляющими по Y и Z для обеспечения скорости.
Термин «механическая обработка» применяется к широкому спектру материалов заготовок. Материал определяет выбор инструмента, параметры резания и подходящий процесс обработки.
Одна из определяющих характеристик механической обработки (и причина, по которой она остается незаменимой, несмотря на достижения в области аддитивного производства) — это точность, которую она обеспечивает по требованию. В следующей таблице приведены результаты, которые обычно достигаются при различных процессах обработки:
| Процесс | Размерный допуск (типичный) | Шероховатость поверхности Ra | Лучшее приложение |
|---|---|---|---|
| Фрезерование с ЧПУ (черновая обработка) | ±0,05 – ±0,1 мм | 3,2–12,5 мкм | Удаление припуска, форма, близкая к чистой |
| Фрезерование с ЧПУ (чистовая обработка) | ±0,01 – ±0,02 мм | 0,8–3,2 мкм | Функциональные поверхности, сопрягаемые грани |
| Токарная обработка с ЧПУ | ±0,005 – ±0,02 мм | 0,8–3,2 мкм | Цилиндрические элементы, валы |
| Шлифование | ±0,002 – ±0,005 мм | 0,1 – 0,8 мкм | Закаленные детали, гнезда подшипников |
| Хонингование | ±0,001 – ±0,003 мм | 0,05 – 0,4 мкм | Отверстия цилиндров, гидравлические втулки |
Для крупных конструктивных компонентов, обрабатываемых на портальном фрезерном станке с ЧПУ, критически важной характеристикой является точность позиционирования по всей длине рабочего стола. Высокоточные портальные машины достигают точность позиционирования ±0,01 мм при ходе 6000 мм. , проверено с помощью лазерной интерферометрии во время приемочных испытаний.
Обработка не ограничивается одним сектором. Сочетание точности, повторяемости и разнообразия материалов делает его основой всего производства.
Компоненты аэрокосмической конструкции — шпангоуты фюзеляжа, лонжероны крыльев, переборки и кожухи шасси — требуют длины хода и жесткости портальной конфигурации. Алюминиевые секции лонжерона крыла 7075-T651 могут иметь длину более 10 метров и требуют скорости съема материала, которую машины меньшего размера не могут обеспечить с экономической точки зрения. Жесткие допуски ±0,015 мм. расположение критических отверстий являются общими требованиями к чертежам аэрокосмических конструкций.
Главные валы ветряных турбин, опоры лопаток турбины и корпуса генераторов являются типичными объектами портального фрезерования. Корпуса паровых турбин, отлитые из легированной стали, могут весить более 50 тонн и требуют операций торцовки, растачивания и профилирования, для выполнения которых требуется несколько дней непрерывной механической обработки.
Кронштейны гребных валов, баллеры рулей и станины дизельных двигателей обрабатываются на больших портальных платформах. Лопасти морских гребных винтов для крупных контейнеровозов могут превышать 3 метра в диаметре, при этом профили поверхности лопастей выдерживаются ±0,3 мм для обеспечения гидродинамической эффективности.
Рамы горного оборудования, колонны гидравлических прессов и корпуса валков для сталелитейных заводов требуют высокой грузоподъемности и жесткости портального фрезерования. Типичный корпус ролика для стана холодной прокатки может весить 80 тонн и требует точности отверстия подшипника ±0,02 мм.
Основы литьевых форм, инструменты для литья под давлением и большие штампы обычно обрабатываются на портальных фрезерных станках с ЧПУ. Штамповые стальные блоки размером 2000×1500×800 мм являются стандартными заготовками. Высокоскоростные чистовые проходы создают поверхности полостей со значениями Ra ниже 0,4 мкм требующие минимальной ручной полировки.
Понимание того, что означает механическая обработка, становится более ясным, если сравнивать ее с другими основными способами обработки материала.
| Процесс | Материал удален? | Точность | Типичная толерантность | Лучшее для |
|---|---|---|---|---|
| Механическая обработка (фрезерование, токарная обработка) | Да — субтрактивный | Очень высокий | ±0,005 – ±0,05 мм | Точность parts, complex geometry |
| Кастинг | Нет — формирующий | От низкого до среднего | ±0,5 – ±3 мм | Сложные внутренние формы, большой объем. |
| Ковка | Нет — формирующий | От низкого до среднего | ±0,5 – ±2 мм | Высокопрочные детали конструкции |
| 3D-печать (металл) | Нет — добавка | Средний | ±0,1 – ±0,5 мм | Сложная внутренняя решетка, прототипы |
| Формовка листового металла | Частичное — гашение | Средний | ±0,1 – ±0,5 мм | Корпуса, кронштейны, тонкие панели |
На практике многие детали тяжелой промышленности сначала отливаются или поковываются, а затем подвергаются механической обработке до окончательных размеров. Литье или ковка обеспечивают приблизительную форму и свойства материала; механическая обработка обеспечивает точность, необходимую для применения. Портальный фрезерный станок с ЧПУ часто является оборудованием, которое устраняет разрыв между черновой 20-тонной отливкой и готовым компонентом машины, готовым к сборке.
Фактический процесс обработки на большом портальном стане требует значительно большей подготовки, чем работа небольшого вертикального обрабатывающего центра. Масштаб заготовки, время цикла, измеряемое днями, а не минутами, а также стоимость ошибок в сырье — все это требует тщательного планирования процесса.
30-тонную стальную отливку невозможно удержать в тисках. Большие портальные работы выполняются на рабочих столах с Т-образными пазами, на которых деталь фиксируется непосредственно с помощью Т-образных болтов, ступенчатых блоков и ленточных зажимов. Модульные системы креплений позволяют многократно позиционировать сложные детали с точностью до одной детали. 0,02 мм , что важно для многооперационных последовательностей обработки. Для особенно больших или нестандартных заготовок приспособления, изготавливаемые по индивидуальному заказу, свариваются из конструкционной стали и перед использованием снимаются напряжения.
Современные программы портального фрезерования с ЧПУ основаны на программном обеспечении CAM — обычно Siemens NX, Mastercam или Hypermill для сложных крупноформатных деталей. Программист импортирует 3D-модель CAD, определяет операции обработки, выбирает инструменты из библиотеки, задает подачи и скорости и моделирует траекторию инструмента для проверки на столкновения и зарезы перед отправкой кода на станок. Для сложного аэрокосмического компонента программирование CAM может занять две-четыре недели прежде чем будет вырезана одна стружка.
Крупные детали нельзя снимать и везти на координатно-измерительную машину (КИМ) после каждой операции. Вместо этого циклы контактного измерения выполняются непосредственно на портальном фрезерном станке с ЧПУ для проверки размеров в процессе обработки. Зондирование подтверждает, что деталь расположена правильно, что критические элементы находятся в пределах допуска, прежде чем переходить к следующей операции, и что износ инструмента не вызвал отклонения размеров. Эта проверка в ходе процесса значительно снижает риск брака заготовки, на черновую обработку которой могли уйти недели.
Тяжелое фрезерование стали приводит к образованию больших объемов металлической стружки и требует непрерывного потока СОЖ — обычно используется заливная СОЖ со скоростью 100–400 л/мин, иногда дополняемая СОЖ под высоким давлением, проходящей через шпиндель. 70 бар для операций на глубоких отверстиях. Конвейеры стружки, проходящие под рабочим столом, автоматически удаляют стружку. При фрезеровании алюминия образуется более легкая, но объемная стружка, с которой необходимо обращаться осторожно, чтобы предотвратить повторную резку, которая ухудшает качество поверхности и срок службы инструмента.
Выбор портальной мельницы — это капитальное вложение, которое на долгие годы формирует мощность предприятия. На принятие решения влияет несколько критериев.
При определении параметров обработки или оценке портального фрезерного станка с ЧПУ знание технической терминологии предотвращает дорогостоящие недопонимания.
Выражаемый в см³/мин или дюйм³/мин, MRR описывает, насколько быстро машина удаляет материал. Он рассчитывается на основе осевой глубины резания, радиальной ширины резания и скорости подачи стола. Мощный портальный шпиндель может достичь значений MRR выше 1500 см³/мин при черновой обработке алюминия торцовыми фрезами большого диаметра.
Точность позиционирования показывает, насколько близко машина достигает заданного положения из любой начальной точки. Повторяемость описывает, насколько последовательно он возвращается в одно и то же положение несколько раз. Это разные характеристики. Станок может иметь точность позиционирования ±0,02 мм, но повторяемость ±0,005 мм — последнее значение является определяющим в большинстве производственных сценариев, где одни и те же детали вырезаются неоднократно.
Тепло от подшипников шпинделя, серводвигателей и процесса резки вызывает термический рост в конструкциях машин. Повышение температуры корпуса шпинделя на 10°C может привести к Смещение осевой линии шпинделя от 25 до 50 мкм на некомпенсированной машине. Современные портальные фрезерные станки с ЧПУ используют датчики температуры по всей конструкции и применяют значения компенсации в реальном времени через систему управления, чтобы противодействовать этому дрейфу.
Небольшой зазор в трансмиссии, который заставляет ось слегка перемещаться, прежде чем выходной сигнал отреагирует на изменение направления. Шарико-винтовые передачи имеют минимальный люфт по своей конструкции; Реечные приводы на длинноходных портальных осях требуют наличия противолюфтовых механизмов предварительного натяга. Системы обратной связи с линейной шкалой измеряют фактическое положение стола независимо от люфта трансмиссии, обеспечивая управление положением с обратной связью независимо от механического люфта.
Полное отклонение вращающегося элемента (обычно конуса шпинделя) от его теоретической осевой линии. Биение шпинделя напрямую ограничивает качество поверхности и достижимую точность размеров. Высокоточные шпиндели имеют значения общего индикаторного биения (TIR) ниже 2 мкм .
Точность обработки настолько хороша, насколько хороши окружающие ее процессы измерения и проверки. Контроль качества в контексте механической обработки включает в себя несколько уровней контроля.
Как уже говорилось, зондированием на станке проверяются важные размеры без снятия заготовки. Датчики измерения длины и диаметра инструмента на шпинделе проверяют, что инструменты правильно загружены и не сломаны, прежде чем начнется траектория движения инструмента. Эти проверки предотвращают брак, вызванный использованием неправильных инструментов или отсутствия смещений.
После механической обработки крупные детали конструкции перемещаются на КИМ для окончательной проверки. Мостовые КИМ для крупных деталей могут обрабатывать заготовки размером до 5000 × 3000 мм, а портальные КИМ справляются с еще более крупными изделиями. КИМ измеряет фактические трехмерные координаты сотен или тысяч точек на обработанных поверхностях, сравнивая их с номинальной геометрией САПР для создания отчета о проверке размеров, показывающего каждую особенность с ее измеренным значением и отклонением от номинала.
Контактные профилометры пересекают обработанную поверхность алмазным щупом и записывают профиль поверхности в цифровом виде, рассчитывая Ra, Rz и другие параметры шероховатости. Бесконтактные оптические профилометры, использующие интерферометрию белого света, могут измерять шероховатость деликатных поверхностей без физического контакта, достигая разрешения, указанного ниже. 1 нм .
Значение механической обработки продолжает меняться по мере развития станкостроительной технологии. Некоторые тенденции меняют форму того, чего может достичь этот процесс и как им управляют.
Некоторые современные обрабатывающие центры сочетают в себе аддитивные головки направленного энерговыделения (DED) и фрезерные шпиндели на одной платформе. Деталь может быть аддитивно изготовлена до почти чистой формы, а затем подвергнута чистовой обработке на той же установке. Эта комбинация особенно ценна для крупных деталей из титана в аэрокосмической отрасли, где соотношение закупок обработанных поковок чрезвычайно велико.
Слияние датчиков — сочетание контроля мощности шпинделя, анализа вибрации и измерения акустической эмиссии — позволяет современным системам ЧПУ обнаруживать изменяющиеся условия резания в режиме реального времени и автоматически регулировать скорость подачи. Это предотвращает поломку инструмента, уменьшает вибрацию и поддерживает постоянное качество поверхности даже при различной твердости заготовки. На портальном стане с 48-часовым непрерывным циклом обработки адаптивное управление снижает вмешательство оператора и время незапланированных простоев.
Цифровой двойник — это виртуальная модель станка и его детали, обновляемая в реальном времени на основе данных датчиков. Инженеры могут удаленно контролировать операцию обработки, визуализировать положение инструмента по модели САПР и прогнозировать, когда потребуется техническое обслуживание, на основе данных тенденций от датчиков вибрации шпинделя и токов осевого двигателя. Возможности цифрового двойника становятся стандартом для высокопроизводительных портальных фрезерных станков с ЧПУ от крупных производителей.
Даже крупные портальные операции включают автоматизацию. Мостовые козловые краны с визуальным размещением поддонов, автоматизированными системами транспортировки заготовок и гибкими библиотеками приспособлений позволяют некоторым предприятиям обрабатывать несколько различных типов крупных деталей через портальную фрезерную ячейку с минимальным вмешательством оператора между установками. Это расширяет экономические преимущества обработки на станках с ЧПУ в сценариях мелкосерийного и смешанного производства.
CNC Equipment Guide What Direction Is the Z Axis on a CNC Machine? On virtually every CNC machine,...
ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕЧто на самом деле означает производственный дизайн Производственное проектирование —...
ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕЧто означает обработка? Прямой ответ Механическая обработка — это субтра...
ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕЧто подвергается термообработке — прямой ответ Термическая обработка — это контро...
ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕ5 осей на станке с ЧПУ, понятное объяснение Станок с ЧПУ работает по нескольким о...
ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕЧто такое G-код в станке с ЧПУ — краткий ответ G-код, сокращение от геометрическо...
ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕ
Китай, провинция Цзянсу, г. Наньтун, промышленный парк посёлка Чжаси (к западу от электростанции «Хуанэн»)
+86-13615235768
+86-15950816906
+86-513-85632766
pan.director@sunwayer.com
Если вы не можете найти ответ на свой вопрос, свяжитесь с нашей дружелюбной командой.
