Конструкция фрезерного станка: Устройство фрезерного станка

Диаметр резьбы

Допуски

Текст и надписи

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

Численное управление (ЧПУ) (также компьютерное числовое управление (ЧПУ)) — это автоматизированное управление обрабатывающими инструментами (сверлами, сверлами, токарными станками) и 3D-принтерами с помощью компьютера. Станок с ЧПУ обрабатывает кусок материала (металл, пластик, дерево, керамика или композит) в соответствии со спецификациями, следуя закодированной запрограммированной инструкции и без ручного оператора.

ЧПУ (ЧПУ) — это процесс вычитания, при котором материал удаляется из твердого блока (заготовки или заготовки) или предварительно сформированной детали с использованием различных режущих инструментов.

1) Окончательная геометрия детали определяется моделью CAD, обычно предоставляемой заказчиком

2) Оператор использует программное обеспечение CAM для подготовки траекторий резки и выбора инструментов, необходимых для получения детали

3) Траектории затем выведите в виде Gcode, который дает абсолютные машинные инструкции, такие как местоположение и ориентация головки машины, часть и скорость любого движения.

4) Станок настроен и заготовка закреплена на месте.

5) Машина выполняет G-код для удаления материала, создающего деталь, обычно с минимальным контролем.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ОБРАБОТКИ С ЧПУ

Преимущества

ЧПУ является высокоавтоматизированным, поэтому цена конкурентоспособна для высококачественных единичных деталей и средне- и крупносерийного производства ЧПУ позволяет использовать практически любой материал.

• Деталь высокой точности.
• Детали обладают хорошими физическими свойствами и менее подвержены внутреннему напряжению, чем другие процессы.
• Затраты на настройку относительно низкие Сохранение, поэтому задания можно быстро запустить снова позже.
• Изменения можно быстро и легко внедрить для разработки или в производственном цикле.
• Детали могут быть изменены или изменены.

Недостатки

ЧПУ не самый дешевый процесс, особенно для очень больших объемов, где, например, литье под давлением может быть более экономичным.

• Стоимость установки высока по сравнению с быстрым прототипированием.
• ЧПУ обычно создает только одну деталь за раз, и время цикла для сложных деталей может быть большим по сравнению с литьем под давлением.
• Из-за вычитания возникает некоторое количество отходов, хотя в зависимости от выбора материала они могут быть переработаны.
• Имеются некоторые ограничения на геометрию детали из-за доступа к инструменту и удержания заготовки.
• Сложная геометрия имеет высокую стоимость.

Существует много типов станков с ЧПУ, включая те, которые используют электронные лучи, электрохимические, водяные, ультразвуковые и лазерные станки.

В этом руководстве мы сосредоточимся на наиболее распространенных машинах, которые удаляют материал с помощью режущих инструментов. Их можно разделить по количеству осей, которые у них есть.

3-осевые станки перемещают режущий инструмент относительно детали по осям x, y, z.

Многоосевые станки добавляют вращение к одной или нескольким осям, что позволяет резать деталь под разными углами.

Это позволяет использовать более сложные детали и сокращает время настройки, поскольку деталь может динамически перемещаться.

2-3 ОСЬ ЧПУ

Фрезерование с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ очень распространены и могут использоваться для многих геометрических форм.

Заготовка жестко удерживается в приспособлении или тисках, а фрезерная головка перемещается относительно нее по трем осям, x, y, z, для удаления материала с помощью высокоскоростных вращающихся инструментов или сверл.

Из-за ограниченного диапазона движений они относительно просты в эксплуатации и программировании, поэтому затраты на настройку ниже по сравнению с другими процессами ЧПУ.

Ограниченный диапазон движения означает, что некоторые элементы невозможно создать.

Это можно частично решить, вручную переориентировав деталь, однако каждое движение увеличивает время и увеличивает риск ошибки, поэтому стоимость обработки может быстро возрасти.

Процесс фрезерования с ЧПУ

1. Обработка G-код создается либо из предоставленной модели CAD, либо переводится оператором из чертежей.
2. Заготовка вырезается по размеру и прочно и точно прикрепляется к платформе.
3. Для удаления материала используются специальные высокоскоростные вращающиеся режущие инструменты. Часто это происходит в несколько этапов, первые проходы часто выполняются с высокой скоростью и меньшей точностью с использованием специальных черновых фрез, а последующие проходы удаляют меньшее количество материала с более высокой точностью для окончательной детали.
4. После механической обработки с деталей снимаются заусенцы (часто вручную)
5. Проверяются критические размеры.
6. Применяется последующая обработка (например, отделка поверхности).

Режущие инструменты с ЧПУ

Для различных геометрий и этапов процесса обработки используются различные режущие инструменты.

Вот некоторые из наиболее распространенных.
1-3 Плоские, цилиндрические и шаровые головки являются распространенными режущими инструментами для изготовления пазов, канавок, полостей и вертикальных стенок. Их выбирают по требуемой форме или радиусам дна полости.

4 Сверла обычно выбирают для отверстий стандартного размера.

5 Фрезы для пазов имеют головку большего диаметра, чем вал, поэтому могут создавать подрезы, удаляя материал со сторон вертикальных стенок.

6 Метчики используются для резьбовых отверстий. Они часто наносятся вручную.

7 Торцевые фрезы удаляют материал с больших плоских поверхностей.

3 оси — несколько наборов

Некоторые элементы невозможно создать за первый проход на 3-осевых станках.

Примерами могут служить отверстия, перпендикулярные станине, или элементы на обратной стороне детали.

В этих случаях детали вручную поднимаются с станины, переориентируются и повторяются предыдущие шаги.

Токарные станки с ЧПУ

Токарные станки с ЧПУ широко используются. Они могут производить детали с большей скоростью, чем фрезерование с ЧПУ, и, в свою очередь, с меньшими затратами, что делает их очень полезными для большого количества деталей.

Заготовка удерживается на шпинделе и вращается с высокой скоростью. Фреза обычно представляет собой лезвие, в отличие от вращающихся фрез на мельнице, и постепенно движется к детали, описывая ее профиль.

Токарные станки могут производить только «вращающиеся» или «вращательно-симметричные» детали вдоль центральной оси, т.е. цилиндрические детали и резьбы.

Часто элементы создаются на токарном станке с ЧПУ, а затем деталь переносится на фрезерный станок для областей, которые не могут быть достигнуты.

Процесс токарной обработки с ЧПУ

1. Обработка G-код создается либо из предоставленной модели САПР, либо переводится оператором из чертежей.
2. Заготовка (обычно цилиндрическая) нарезается по длине, удерживается в шпинделе и вращается с высокой скоростью.
3. Режущий инструмент обычно перемещается по осям x,y относительно детали, постепенно удаляя материал для создания требуемого профиля.
4. После механической обработки с деталей снимаются заусенцы (часто вручную)
5. При необходимости деталь перемещается на фрезерный станок для добавления функций, которые невозможны на токарном станке
6. Проверяются критические размеры.
7. Применяется последующая обработка (например, отделка поверхности).

Многоосевой ЧПУ

Существует 3 основных варианта многоосевых обрабатывающих центров с ЧПУ;

1. 5-осевое индексированное фрезерование с ЧПУ

2. Непрерывное 5-осевое фрезерование с ЧПУ

3. Фрезерная токарная обработка с приводным инструментом

Эти системы фактически представляют собой фрезерные или токарные станки с дополнительной осью движения детали или резания. головка, допускающая более сложную геометрию.

Многоосевые станки более сложны, требуют дополнительных затрат и требуют специальных знаний оператора.

Индексированный 5-осевой фрезерный станок

Известные также как фрезерные станки с ЧПУ 3+2, эти системы были разработаны для сокращения времени настройки нескольких ориентаций во время машинного времени. Они работают как обычный фрезерный станок с 3 осями.

Между операциями станина и/или инструментальная головка могут вращаться, обеспечивая доступ к заготовке под другим углом.

Возможность автоматической переориентации заготовки позволяет создавать более сложные детали с большей точностью, сокращая время станка и оператора.

Непрерывное 5-осевое фрезерование с ЧПУ

Подобно индексированным 5-осевым станкам с ЧПУ непрерывного действия, они позволяют одновременно перемещать все 5 осей во время обработки.

Это позволяет создавать очень точные и сложные геометрические формы произвольной формы.

Этот процесс обеспечивает самое высокое качество и самые сложные детали, но требует самых высоких затрат, требующих квалифицированных операторов.

Токарно-фрезерные центры с ЧПУ

Токарно-фрезерные центры представляют собой гибрид токарного и фрезерного станка.
Они предлагают преимущества больших объемов и скорости токарной обработки с ЧПУ и гибкость для создания сложной геометрии, предлагаемой 5-осевым фрезерованием.

Эти системы идеально подходят для деталей с фундаментальной вращательной симметрией и дополнительными функциями, такими как рабочие колеса, и могут создавать их с гораздо меньшими затратами, чем другие 5-осевые станки с ЧПУ.

Заготовка крепится к шпинделю и либо вращается с высокой скоростью, как токарный станок, либо может точно позиционироваться, как 5-осевой ЧПУ.

Токарный станок и фрезерный режущие инструменты используются для удаления материала с заготовки.

Выбор процесса

ЧПУ – НАИЛУЧШАЯ ПРАКТИКА

Несмотря на то, что технология обработки постоянно меняется, передовой опыт в основном остается неизменным.

Поставщики, использующие лучшие методы обработки, могут сэкономить ваше время и деньги, поставляя детали быстрее.

Вертикальные радиусы

Фон
Для полости обычно требуется концевая фреза. Концевые фрезы имеют ограниченную длину резания (обычно в 3-4 раза больше их диаметра).

Наконечник
Увеличение углового радиуса (например, +1 мм) позволяет инструменту двигаться по круговой траектории, а не под углом 90 градусов. Это снижает нагрузку на инструменты, обеспечивает более высокое качество обработки и немного сокращает время цикла.
Меньшие радиусы можно получить, используя фрезы меньшего размера либо для полной программы, либо в качестве второго прохода инструмента после черновой обработки. Это увеличит время и стоимость.

Стоимость увеличится, так как маленькие инструменты не могут удалять материалы так быстро.

Полости

Исходная информация
Для обработки полостей обычно требуется концевая фреза. Концевые фрезы имеют ограниченную длину резания (обычно в 3-4 раза больше их диаметра)

Более длинные инструменты изгибаются при полной режущей нагрузке, снижая точность или повреждая деталь.

Глубокие полости резко увеличивают стоимость, так как необходимо удалить много материала и труднее извлечь стружку

Минимальная толщина стенки

Исходная информация
По мере того, как стена становится тоньше, вибрации увеличиваются из-за уменьшения жесткости. Это снижает точность. Для пластика рекомендуются более толстые стенки, потому что они:

• Менее жесткая
• Склонна к короблению из-за остаточного напряжения
• Размягчается при повышении температуры.

Каждый материал отличается своими свойствами.

Подробнее см. в этой таблице

Диаметры отверстий

Фон
Отверстия по возможности обрабатываются концевой фрезой. 9Часто используются стандартные сверла 0185, которые обеспечивают наибольшую точность до 20 мм.

Обычные размеры можно найти здесь в метрической и дюймовой системе мер.

Глубина отверстий

Общие сведения
Отверстия стандартного диаметра не должны обрабатываться концевой фрезой. В этом случае применяются правила полости.

Там, где требуются более глубокие отверстия, требуются специальные сверла. Они обычно ограничены минимальным диаметром 3 мм.

Минимальные диаметры отверстий

Фон

Большинство сервисов ЧПУ могут достигать 2,5 мм. Ниже это считается микрообработкой. Для микрообработки требуются специальные инструменты, а физика резания в таком масштабе меняется.

Со специализацией связаны затраты, так что подумайте, действительно ли это требуется вашему проекту.

Глубина резьбы

Исходная информация

Для силы вытягивания большая часть нагрузки приходится на первые несколько зубьев (1,5 номинального диаметра) Длиной более 3х номинального диаметра обычно не требуется.

Если отверстие глухое, в нижней части необходимо добавить 1,5-кратный номинальный диаметр. Резьбовые инструменты с ЧПУ можно нарезать по всей длине.

Диаметры резьбы

Справочная информация

Машинисты предпочитают использовать инструменты для нарезания резьбы с ЧПУ, поскольку они менее подвержены поломке M6 обычно является самым маленьким.

• Внутренняя резьба нарезана метчиками.
• Наружная резьба нарезается плашками.

Как правило, они не должны превышать 2 мм.

Допуски

Общие сведения

Допуск определяет допустимые пределы измеряемого или важного измерения. ЧПУ как процесс имеет одну из самых жестких допусков.

Учитывайте допуск любых деталей, которые будут сопрягаться для обеспечения посадки.

Проверьте функциональность для экстремальных случаев обеих частей, рассчитав влияние отклонения.

Если допуск не указан, в большинстве механических мастерских используется ±0,025 мм

Текст и надписи

Справочная информация

Нанесение точного текста увеличивает затраты и время из-за необходимости использования небольших инструментов. Для получения узких внутренних радиусов потребуются маленькие фрезы. На внутренних вертикальных ребрах будут радиусы. Текст
, особенно рельефный, сокращает использование профильных фрез и инструментов для черновой обработки, что увеличивает время ЧПУ.

Достижение высокого качества обработки поверхности в нижней части текста часто является сложной задачей.

Наконечник

Как правило, текста следует избегать, поскольку он увеличивает стоимость.

Рельефный (выпуклый) текст часто предпочтительнее, поскольку для создания элемента необходимо удалить меньше материала, и он дает лучшие результаты, если деталь предназначена для литья под давлением.

ЖИРНЫЙ Без засечек напр. Рекомендуется использовать Arial, Verdana или Helvetica, так как они имеют меньше четких элементов и часто представляют собой предварительно запрограммированные процедуры ЧПУ.

Текст должен быть тщательно проверен, все правила ЧПУ будут применяться, включая тонкую стенку, глубину полости, ширину полости и т. д.

НАЧНИТЕ СЕГОДНЯ

Загрузите детали, чтобы начать работу

Введение в проектирование фрезерных станков с ЧПУ

Введение

Использование фрезерных станков с ЧПУ для изготовления деталей сегодня очень распространено. Несмотря на то, что современные 3-осевые станки с ЧПУ очень продвинуты, они все же требуют определенных конструктивных соображений.

В этом вводном руководстве мы объясним некоторые общие соображения по проектированию. К концу вы будете лучше понимать, как проектировать деталь для фрезерной обработки с ЧПУ. Наши советы сэкономят время и деньги во время потрясающего процесса.

Понимание угловых радиусов

Важно отметить, что фрезерные станки с ЧПУ используют закругленные режущие кромки для резки материала. Почему это имеет значение? Это означает, что создать квадратный угол в 90 градусов практически невозможно.

Вместо этого фрезерные станки с ЧПУ по умолчанию делают закругленные углы. Это прямой результат использования закругленных режущих кромок.

Некоторые машинисты замедляют работу станка, когда он начинает резать углы, чтобы уменьшить радиус, но вы все равно получите радиус в любом случае.

Для внешних углов проще держать их прямыми, так как инструмент может отступить от материала перед выполнением следующего разреза. Внутри у вас всегда будет какая-то форма радиуса.

В большинстве случаев в проект следует включать радиусы внутренних углов. В противном случае вы можете ожидать очень высокую цену или непонятный звонок, когда начнется изготовление.

Старайтесь свести к минимуму количество установов

Прежде чем оператор сможет начать резку на фрезерном станке с ЧПУ, ему необходимо настроить материал. Это включает в себя взятие металлического блока, помещение его в тиски на фрезерном станке и затягивание в нужном положении.

Если у вас есть шестигранный куб, каждая грань которого должна быть фрезерована, для этого требуется как минимум шесть установок, которые должен выполнить слесарь.

Каждая установка требует времени и требует повторной установки нуля станка.

Если вы сможете свести к минимуму количество необходимых настроек детали, вы сэкономите время и деньги на каждой детали. Часто это легче сказать, чем сделать, и это может потребовать жертвовать некритическими аспектами вашего дизайна в обмен на более низкую стоимость изготовления.

В целом рекомендуется делать дизайн максимально простым. Это помогает с изготовлением и в конечном итоге экономит ваши деньги.

Все о глухих и сквозных отверстиях

Сверление отверстия в детали бывает разных уровней сложности. Если отверстие проходит через всю деталь, оно считается «сквозным отверстием». Если перед остановкой он входит в деталь на определенную глубину, то это «глухое отверстие».

Просверлить на определенную глубину сложнее, чем просверлить сквозное отверстие. При этом есть два распространенных варианта, которые могут снизить производственные затраты: либо указать глухие отверстия с очень большими допусками, либо использовать сквозные отверстия, когда это возможно.

Глухое отверстие со свободным допуском означает, что машинисту не нужно тратить время на обеспечение глубины отверстия ровно 0,500 дюйма. Если вы дадите допуск плюс-минус четверть дюйма, вы сократите время и усилия, необходимые для изготовления детали.

Конечно, это не всегда возможно. Существует бесчисленное множество приложений, в которых глухие отверстия должны быть определенной глубины, чтобы деталь работала. Тем не менее, вы должны учитывать сквозные отверстия, когда можете.

Использование материала стандартного размера

Обычная проблема, с которой мы сталкиваемся в наших механических мастерских, — это конструкции, требующие случайных и очень специфических габаритных размеров. Габаритные размеры — это общая ширина, длина и высота детали.

Большинство механических мастерских покупают исходный материал у различных дистрибьюторов металла. Эти огромные куски металла обычно имеют стандартные размеры — например, квадраты металла размером 1 на 1 дюйм. Это означает, что мы получаем длинный квадрат металла с такими внешними размерами, и мы разрезаем его по длине, прежде чем делать вашу деталь.

Если ваш чертеж требует квадрата металла размером 0,95 дюйма на 0,95 дюйма, это означает, что наш оператор должен выфрезеровывать весь кусок заготовки, прежде чем мы сможем начать обработку.

С другой стороны, если на вашем чертеже указано, что подходит квадрат 1 x 1 дюйм, нам не нужно выполнять предварительную резку перед тем, как мы начнем.

Это очень простое различие может сэкономить часы на каждой детали. Это также приводит к большим затратам денег на механическую обработку детали.

Наш совет? Используйте материалы стандартного размера всякий раз, когда у вас есть возможность. Как дизайнер, рекомендуется заглянуть на веб-сайт Grainger или McMaster-Carr, чтобы увидеть размеры материалов на складе, прежде чем заходить слишком далеко в своем дизайне. Использование стандартных размеров сделает операцию фрезерования с ЧПУ более гладкой, быстрой и менее затратной.