Веб-меню

Свяжитесь с нами

Поиск продукта

Язык

Поделиться

Nantong Sunway Science and Technology Development Co., Ltd.
Дом / Новости / Новости отрасли / Что такое фрезерный станок с ЧПУ? Типы, использование и руководство по порталам
Новости отрасли
Наш след охватывает весь земной шар.
Мы предоставляем клиентам качественные продукты и услуги со всего мира.
Поиск
Категории

Что такое фрезерный станок с ЧПУ? Типы, использование и руководство по порталам

Контент

Что такое фрезерный станок с ЧПУ

A фрезерный станок с ЧПУ представляет собой станок с компьютерным управлением, который удаляет материал из твердой заготовки с помощью вращающихся режущих инструментов для изготовления деталей точных размеров, плоских поверхностей, пазов, карманов и сложных трехмерных форм. Буквы «ЧПУ» обозначают цифровое компьютерное управление, что означает, что траектория резания, скорость шпинделя, скорость подачи и смена инструмента управляются цифровой программой, а не станком, вращающим маховики. Среди множества доступных конфигураций Портальный фрезерный станок с ЧПУ Создан для больших, тяжелых или длинных заготовок, таких как детали кораблей, основания машин и детали ветряных турбин, с использованием мостовой конструкции, перекинутой через стол, вместо традиционной конструкции колонны.

Вкратце: фрезерный станок с ЧПУ преобразует цифровой чертеж в физическую деталь, перемещая вращающуюся фрезу по осям X, Y и Z, а часто и по дополнительным поворотным осям, в соответствии с запрограммированными координатами, достигая повторяемой точности, с которой не может сравниться ручное фрезерование. В оставшейся части руководства рассказывается о том, как работает машина, доступные типы конструкций, чем портальная конфигурация отличается от колонной мельницы, отрасли промышленности, которые зависят от этого оборудования, а также практические факторы, влияющие на его выбор, эксплуатацию и обслуживание.

От ручных маховичков к цифровому управлению

Фрезерование как процесс металлообработки появилось более чем на столетие раньше компьютеров и первоначально полностью полагалось на то, что операторы читали чертежи и поворачивали градуированные маховики, чтобы перемещать стол на доли миллиметра. Введение числового управления в середине двадцатого века заменило эти маховики перфолентой и шаговыми двигателями, а позже и полностью цифровым сервоуправлением. Этот сдвиг не просто ускорил производство; он отделил точность детали от зрительно-моторной координации отдельного оператора и позволил воспроизводить один и тот же разрез тысячи раз подряд.

Современные контроллеры расширяют это наследие благодаря контурам обратной связи в реальном времени, тепловой компенсации, которая регулирует тепловое расширение шпинделя, и сетевому мониторингу, который позволяет менеджеру цеха отслеживать использование станка с офисного компьютера. Ничто из этого не меняет основную физику резки металла, но это означает, что фрезерный станок с ЧПУ, купленный сегодня, ведет себя гораздо более предсказуемо в течение всей производственной смены, чем оборудование, построенное даже десять лет назад.

Как на самом деле работает фрезерный станок с ЧПУ

Процесс начинается с модели CAD, которая преобразуется в машиночитаемый G-код с помощью программного обеспечения CAM. Этот код сообщает машине, куда именно должен двигаться режущий инструмент, как быстро должен вращаться шпиндель и как быстро стол или головка должны подавать материал. После загрузки контроллер автоматически выполняет программу, и станок повторяет один и тот же путь движения для каждой детали в партии, поэтому фрезерование с ЧПУ предпочтительно как для прототипирования, так и для серийного производства.

Основная система движения

В большинстве машин используются шариковые винты или линейные двигатели в сочетании с серводвигателями для достижения точности позиционирования, которая обычно составляет от 0,005 мм до 0,02 мм на оборудовании промышленного уровня. Линейные направляющие или коробчатые направляющие несут движущиеся оси, а система обратной связи с обратной связью постоянно сравнивает фактическое положение с запрограммированным положением и корректирует любые отклонения в реальном времени.

  • Шпиндель: вращает режущий инструмент, обычно со скоростью от 6000 до более 24 000 об/мин в зависимости от материала и диаметра инструмента.
  • Устройство смены инструмента: автоматическая смена режущих инструментов во время программы, емкость магазина варьируется от 12 до более 60 позиций.
  • Контроллер: интерпретирует G-код и координирует каждое движение оси в реальном времени.
  • Система подачи СОЖ: отводит тепло и стружку из зоны резания, защищая как инструмент, так и поверхность заготовки.
  • Удаление стружки: шнеки или конвейеры непрерывно удаляют металлическую стружку, чтобы она не врезалась в готовую поверхность.

Чтение базовой программы G-Code

Типичная программа начинается со строк настройки, которые определяют инструмент, скорость шпинделя и систему координат, за которыми следуют команды перемещения, такие как быстрое позиционирование и линейная или круговая интерполяция. Программисты редко пишут каждую строку вручную для сложных частей; Программное обеспечение CAM автоматически генерирует большую часть траектории инструмента на основе выбранной стратегии резания, и работа программиста заключается в проверке моделирования, выборе разумных подач и скоростей, а также проверке на предмет столкновений инструмента или приспособления перед отправкой файла на станок.

Общие операции фрезерования, выполняемые на этих станках

Один фрезерный станок с ЧПУ может выполнять множество различных операций резания без изменения базовой настройки, просто загрузив другой инструмент и траекторию движения. Понимание основных типов операций помогает объяснить, почему этот процесс настолько универсален по сравнению с другими методами производства.

Торцевое фрезерование

Фреза широкого диаметра проходит по верхней поверхности заготовки, чтобы выровнять ее и установить опорную плоскость для последующих операций. Обычно это первая обработка необработанной отливки или прутковой заготовки.

Фрезерование пазов и карманов

Концевые фрезы вырезают в материале каналы, шпоночные пазы и закрытые карманы. Обработка карманов обычно включает в себя несколько проходов с шагом по глубине, очищая материал слой за слоем, пока не будет достигнута окончательная форма и глубина полости.

Профильное фрезерование и контурная обработка

Инструмент следует за внешним или внутренним краем формы детали, часто используется для вырезания компонента из окружающей заготовки или для доводки изогнутой границы до окончательного размера.

Сверление, растачивание и нарезание резьбы

Поскольку шпиндель может последовательно удерживать различные типы инструментов, один и тот же станок может сверлить отверстия, растачивать их до точного диаметра и нарезать внутреннюю резьбу, не перемещая деталь на отдельный станок, что сокращает количество наладок и сохраняет точность позиционирования между деталями.

Основные типы фрезерных станков с ЧПУ

Не все фрезерные станки устроены одинаково. Структурная схема определяет, насколько большую деталь можно обработать, насколько жесткой будет резка и сколько будет стоить установка и эксплуатация станка. В таблице ниже сравниваются наиболее распространенные конфигурации, используемые сегодня в промышленных мастерских.

Сравнение распространенных конструкций фрезерных станков с ЧПУ, используемых в промышленном производстве.
Тип машины Типичный размер заготовки Лучшее для
Вертикальный обрабатывающий центр (VMC) Малый и средний Формы, кронштейны, общие детали
Горизонтальный обрабатывающий центр (HMC) Средний Крупносерийное производство, многогранные детали
Портальный фрезерный станок с ЧПУ От большого до очень большого Корабельные базы, станины станков, детали ветроэнергетики
Станок фрезерный станок Средний to large Тяжелая резка, длинные заготовки
Револьверно-фрезерный станок (модернизация с ЧПУ) Маленький Инструментальные цеха, ремонтные мастерские, легкие производства

Вертикальные и горизонтальные обрабатывающие центры покрывают большинство общих производственных потребностей, но как только заготовка превышает примерно один-два метра в одном измерении или ее вес достигает нескольких тонн, станковая или портальная конфигурация становится более практичным выбором, поскольку рама спроектирована с нуля так, чтобы противостоять прогибам на протяжении длительного пролета.

Чем отличается портальный фрезерный станок с ЧПУ

A Портальный фрезерный станок с ЧПУ заменяет одноколонную конструкцию стандартной фрезы с двумя вертикальными опорами, соединенными горизонтальной балкой, образующей мост, несущий шпиндельную бабку по заготовке. Поскольку путь нагрузки проходит через обе стороны рамы, а не через одну колонну, конструкция гораздо лучше сопротивляется изгибу и вибрации при резке крупных или тяжелых деталей, поэтому портальные станки являются стандартным выбором для заготовок длиной несколько метров или весом несколько тонн.

Конструкции с подвижным и фиксированным порталом

В конструкции с подвижным порталом сам мост перемещается по фиксированным рельсам, вмонтированным в пол, в то время как заготовка остается неподвижной, что предпочтительнее для очень длинных или тяжелых деталей, поскольку заготовку никогда не нужно перемещать после ее фиксации. В конструкции с фиксированным порталом мост остается на месте, а стол перемещается под ним, что может обеспечить более простые требования к фундаменту, но обычно ограничивает максимальную длину детали перемещением стола.

Типичные применения

  1. Обработка станин и колонн больших станков
  2. Фрезерование оснований судовых двигателей и корпусных деталей
  3. Производство ступиц, фланцев и корпусов редукторов ветряных турбин.
  4. Фрезерование крупных алюминиевых форм для автомобильной и железнодорожной промышленности.
  5. Обработка деталей из конструкционной стали для тяжелой строительной техники

Конфигурации с несколькими головками и двумя шпинделями

Поскольку мост уже охватывает всю ширину стола, многие портальные станки имеют две или более независимых шпиндельных головок, установленных на одной поперечине. Это позволяет цеху выполнять черновую обработку одной секции большой отливки и одновременно завершать другую секцию, что значительно сокращает время цикла обработки деталей, которые в противном случае простояли бы на столе в течение многих часов при установке с одной головкой.

Ключевые компоненты фрезерного станка с ЧПУ

Понимание основных компонентов помогает объяснить, почему фрезерные станки с ЧПУ могут постоянно поддерживать жесткие допуски на протяжении тысяч циклов.

Основание и рама

Чугунные или сварные стальные рамы поглощают вибрацию резания и обеспечивают долговременную стабильность размеров. Более тяжелые рамы обычно позволяют выполнять более глубокие пропилы и более высокую скорость съема металла без ущерба для точности. На больших портальных машинах основание часто разделяется на несколько секций, соединенных болтами, и устанавливается на железобетонный фундамент, чтобы вся конструкция оставалась ровной в течение длительного срока службы.

Шпиндель и оснастка

Шпиндель удерживает и вращает режущий инструмент. Типы конусов шпинделя, такие как BT40, BT50 или HSK, определяют, какой крутящий момент и вес инструмента может выдержать станок, что особенно актуально для портальных станков, режущих сталь или чугун с высокой скоростью съема металла. Инструментальные материалы варьируются от быстрорежущей стали для более мягких материалов до твердосплавных пластин и твердосплавных пластин с покрытием для закаленных сталей и абразивных литых сплавов.

Система управления

К распространенным промышленным контроллерам относятся системы Fanuc, Siemens и Mitsubishi, каждая из которых предлагает программируемые ограничения по осям, управление сроком службы инструмента и диагностические функции, которые сокращают время незапланированных простоев. Новые контроллеры также поддерживают диалоговые интерфейсы программирования, которые позволяют операторам создавать простые траектории движения инструмента непосредственно на станке без отдельной рабочей станции CAM.

Крепления и приспособления

Тиски, зажимы и специальные приспособления надежно удерживают деталь во время резки. На больших портальных станках столы с Т-образными пазами позволяют прикручивать специальные приспособления непосредственно к поверхности стола, поскольку стандартные тиски редко бывают достаточно большими, чтобы закрепить многотонные отливки или изделия.

Преимущества фрезерования с ЧПУ перед ручным фрезерованием

Общие различия в производительности между операциями ручного фрезерования и фрезерования с ЧПУ
Фактор Ручное фрезерование Фрезерование с ЧПУ
Точность повторения Зависит от навыков оператора Постоянство в микронах
Сложная геометрия Трудно или невозможно Обрабатывается по запрограммированным путям
Скорость производства Медленнее, трудоемкее Быстрее после программирования
Автоматическая работа Невозможно Поддерживается автоматическими устройствами смены инструмента.
Документация и отслеживаемость Минимальный, опирается на примечания оператора Программные файлы сохраняются и повторно используются для будущих запусков.

Поскольку траектория резки полностью запрограммирована, Фрезерование с ЧПУ исключает человеческую изменчивость это естественно происходит при ручной обработке, что является одной из основных причин, по которой этот процесс стал выбором по умолчанию для деталей, требующих жестких допусков или сложных трехмерных поверхностей. Тот же программный файл также можно заархивировать и повторно использовать месяцы или годы спустя, давая цеху возможность точно воспроизвести деталь, не перепроектируя траекторию инструмента с нуля.

Материалы, обычно обрабатываемые на станках с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ не ограничиваются одним семейством материалов, а параметры резки просто подстраиваются под заготовку.

  • Алюминиевые сплавы: быстро режутся, широко используются для изготовления прототипов, корпусов и деталей аэрокосмических конструкций.
  • Углеродистые и легированные стали: распространены в основаниях машин, шестернях и конструкционных изделиях.
  • Нержавеющая сталь: используется там, где важна устойчивость к коррозии, например, в пищевой промышленности или морском оборудовании.
  • Чугун: предпочтителен для станин станков и компонентов двигателей благодаря своим виброгасящим свойствам.
  • Инженерные пластмассы: используются для изготовления кронштейнов, приспособлений и электроизоляционных компонентов с низкой нагрузкой.
  • Титановые сплавы: выбираются для деталей аэрокосмической промышленности, требующих высокого соотношения прочности к весу, хотя для этого требуются более медленные подачи и специализированный инструмент.

Отрасли промышленности, которые полагаются на фрезерные станки с ЧПУ

Фрезерование с ЧПУ применяется практически во всех отраслях, где производятся детали из металла или конструкционного пластика:

  • Автомобильная промышленность: блоки двигателей, корпуса трансмиссии и приспособления.
  • Аэрокосмическая промышленность: конструктивные кронштейны, корпуса турбин и легкие детали планера.
  • Тяжелое оборудование: корпуса коробок передач, детали шасси, гидроблоки.
  • Энергетика: ступицы и фланцы ветряных турбин, которые из-за своих размеров часто производятся на портальных станках.
  • Изготовление пресс-форм и штампов: прецизионные полости для литья пластмасс под давлением и литья под давлением.
  • Железнодорожный транспорт: рамы тележек, корпуса сцепок и крупные конструктивные изделия.
  • Судостроение: сиденья двигателей, элементы руля направления и корпуса двигательной установки.

В таких отраслях, как судостроение и производство тяжелого оборудования, используемые детали часто слишком велики для стандартного вертикального обрабатывающего центра, поэтому портальное оборудование стало тесно связано именно с этими отраслями.

Факторы стоимости, которые следует учитывать, прежде чем инвестировать в фрезерное оборудование с ЧПУ

Цена покупки фрезерного станка с ЧПУ составляет лишь часть общей стоимости. Покупатели обычно также взвешивают следующие факторы, прежде чем выбрать конкретный класс машин.

Фундамент и установка

Для больших станков и портальных станков часто требуется железобетонный фундамент, разработанный специально для распределения веса машины, что увеличивает как стоимость, так и время выполнения заказа по сравнению со стандартным вертикальным обрабатывающим центром, который обычно может располагаться в обычном цехе.

Инструменты и расходные материалы

Режущие инструменты, охлаждающая жидкость и компоненты приспособлений представляют собой постоянные эксплуатационные расходы. Более твердые материалы и большая глубина резания увеличивают скорость износа инструмента, поэтому ожидаемый состав материалов должен с самого начала учитываться в бюджете инструмента.

Требования к электропитанию и площади помещения

Двигатели шпинделя, насосы охлаждающей жидкости и вспомогательная гидравлика на больших машинах потребляют значительно больше энергии, чем настольный фрезерный станок, а рабочий диапазон портальной машины, включая пространство для доступа крана для загрузки тяжелых деталей, необходимо спланировать в планировке объекта задолго до установки.

Как правильно выбрать фрезерный станок с ЧПУ

Размер и вес заготовки

Детали длиной менее одного метра обычно подходят для стандартного вертикального обрабатывающего центра. Все, что больше, тяжелее или длиннее, обычно требует кровати или кровати. Портальный фрезерный станок с ЧПУ , поскольку мостовая конструкция поддерживает шпиндель в более широкой рабочей зоне без потери жесткости.

Разрезаемый материал

Резка закаленной стали или титана требует более высокого крутящего момента шпинделя и более жесткой рамы, чем резка алюминия или конструкционных пластиков, что влияет как на класс станка, так и на бюджет инструмента.

Размер партии и потребности в автоматизации

Крупносерийное производство выигрывает от больших инструментальных магазинов, устройств смены паллет и возможности многоосевой обработки, в то время как при прототипировании или единичных крупных деталях часто приоритет отдается перемещению стола и мощности шпинделя над дополнительными средствами автоматизации.

Доступная площадь и грузоподъемность крана

Перед заказом следует измерить рельсы, фундамент и пространство вокруг портальной машины для загрузки деталей мостовым краном относительно фактической планировки цеха, поскольку модернизация помещения для крупноформатной машины после покупки является гораздо более трудоемкой, чем планирование ее заранее.

Методы технического обслуживания, продлевающие срок службы машины

Регулярное техническое обслуживание обеспечивает точность позиционирования в пределах спецификации на протяжении многих лет эксплуатации. Обычная практика включает ежедневные проверки смазки направляющих и шариковых винтов, периодическую проверку подшипников шпинделя на предмет избыточного нагрева или шума, регулярную фильтрацию охлаждающей жидкости для предотвращения загрязнения зоны резания и плановую калибровку энкодеров осей для обнаружения сноса, прежде чем он повлияет на точность детали.

Для больших портальных станков особое внимание заслуживает выравнивание направляющих по всей длине хода, поскольку даже небольшое отклонение на длинном рельсе может привести к заметной погрешности на дальнем конце заготовки. Многие магазины также планируют ежегодную проверку лазерным интерферометром, чтобы подтвердить, что точность позиционирования во всем диапазоне хода по-прежнему соответствует исходным заводским спецификациям.

Повседневные рабочие привычки

Помимо планового технического обслуживания, последовательные ежедневные привычки вносят ощутимый вклад в долгосрочную надежность: удаление стружки из покрытий до того, как они скапливаются, проверка концентрации охлаждающей жидкости, а не просто доливка в бак, и выполнение цикла прогрева перед высокоточной резкой, чтобы рама достигла стабильной рабочей температуры.

Современные тенденции в технологии фрезерования с ЧПУ

Производители все чаще комбинируют фрезерование с токарной обработкой или шлифованием на одной платформе, чтобы сократить количество наладок, необходимых для обработки детали. Пятиосные и даже девятиосные конфигурации стали более распространенными для компонентов аэрокосмической промышленности и турбин, что позволяет обрабатывать поверхности сложной формы за один зажим. Что касается программного обеспечения, цифровое двойное моделирование позволяет программистам проверять траекторию движения инструмента до того, как будет нарезана первая стружка, что снижает количество столкновений и брака на дорогих крупноформатных деталях, обрабатываемых на оборудовании портального типа.

Оснащенные датчиками шпиндели, которые контролируют вибрацию и нагрузку резания в режиме реального времени, также становятся все более распространенными, что позволяет контроллеру автоматически регулировать скорость подачи при обнаружении более твердого, чем ожидалось, кармана материала, что защищает как инструмент, так и качество поверхности без вмешательства оператора.

Фрезерование с ЧПУ по сравнению с другими производственными процессами

Фрезерование с ЧПУ — это субтрактивный процесс, означающий, что материал удаляется из твердого блока, что отличает его от аддитивных процессов, таких как 3D-печать, при которых деталь строится слой за слоем, а также от процессов литья или ковки, которые формируют материал под действием тепла и давления. Фрезерование обычно обеспечивает более жесткие допуски на размеры и более широкий диапазон используемых металлов, чем 3D-печать, в то время как литье и ковка, как правило, более экономичны для очень больших объемов производства более простых форм, а фрезерование затем используется для обработки важных поверхностей на литых или кованых деталях.

Часто задаваемые вопросы

Чем отличается фрезерный станок с ЧПУ от фрезерного станка с ЧПУ

Фрезерный станок с ЧПУ обычно имеет более тяжелую раму и более прочный шпиндель для резки металла, тогда как фрезерный станок с ЧПУ обычно легче и оптимизирован для обработки древесины, пластика и композитных материалов на более высоких скоростях перемещения.

Детали какого размера может обрабатывать портальный фрезерный станок с ЧПУ

Портальные станы обычно предназначены для заготовок длиной от двух-трех метров до более десяти метров, а грузоподъемность может достигать десятков тонн в зависимости от размера рамы и перемещения оси конкретной машины.

Насколько точно фрезерование на станке с ЧПУ

Промышленные фрезерные станки с ЧПУ обычно обеспечивают точность позиционирования от 0,005 мм до 0,02 мм, хотя достижимый допуск готовой детали также зависит от инструмента, креплений и поведения материала во время резки.

Может ли один фрезерный станок с ЧПУ резать несколько материалов?

Да, большинство станков с ЧПУ могут переключаться между алюминием, сталью, чугуном и конструкционными пластиками, просто изменяя параметры резания и инструмент, хотя для очень твердых материалов может потребоваться станок с более высоким крутящим моментом шпинделя.

Почему для изготовления крупных деталей требуется портальный станок вместо стандартного фрезерного станка

Стандартная колонная мельница поддерживает шпиндель только с одной стороны, что ограничивает вылет и жесткость крупных деталей. Мостовая конструкция портального станка поддерживает шпиндельную головку с обеих сторон, обеспечивая стабильность резки в гораздо более широкой рабочей зоне.

Сколько времени занимает программирование новой детали для фрезерования на станке с ЧПУ

Время программирования сильно зависит от сложности детали: простой кронштейн можно запрограммировать и смоделировать менее чем за час, в то время как большая многогранная отливка с десятками функций может занять целый день CAM-программирования и моделирования, прежде чем будет предпринята попытка первого разреза.

Требуют ли портальные фрезерные станки специального фундамента?

Большинство портальных машин устанавливаются на специально построенном железобетонном фундаменте, предназначенном для равномерного распределения веса машины и гашения вибрации, что является ключевым этапом планирования до прибытия оборудования на площадку.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОV：Свойства металлов: объяснение физических, механических и химических фактов
СЛЕДУЮЩИЙ：Прецизионное фрезерование с ЧПУ: допуски, портальные станки и руководство по стоимости
Заинтересованы в сотрудничестве или у вас есть вопросы?
  • Отправить запрос {$config.cms_name}
Новости