Что такое токарная обработка с ЧПУ? Определение, процесс, машины и приложения

Быстрый ответ

Токарная обработка с ЧПУ — это субтрактивный производственный процесс, в котором станок с компьютерным управлением вращает заготовку, в то время как режущий инструмент удаляет материал для создания цилиндрических, конических, резьбовых или других осесимметричных элементов.

Процесс токарной обработки с ЧПУ широко используется для изготовления валов, штифтов, втулок, гильз, фитингов и прецизионных компонентов. Он обеспечивает стабильные размеры, повторяемость производства и эффективную обработку прототипов, небольших партий и крупносерийного производства.

Определение токарной обработки с ЧПУ: что такое токарная обработка?

Токарная обработка — это производственный процесс, при котором материал удаляется с вращающейся заготовки. Режущий инструмент перемещается вдоль заготовки, уменьшая ее диаметр, создавая ступеньки, вырезая канавки или создавая другие необходимые элементы.

При обычном точении оператор управляет многими движениями станка вручную. При токарной обработке с ЧПУ станок следует запрограммированным инструкциям, созданным из программного обеспечения CAD/CAM. Это позволяет воспроизводить одну и ту же геометрию детали с высокой точностью.

Основной принцип прост:

·  Заготовка закрепляется в патроне или другом приспособлении для крепления.

·  Шпиндель вращает материал с контролируемой скоростью.

·  Режущий инструмент перемещается по осям X и Z.

·  Материал удаляется до тех пор, пока не будут достигнуты запрограммированные размеры.

·  Готовая деталь проверяется по чертежу.

В отличие от фрезерования с ЧПУ, при котором режущий инструмент обычно вращается, токарная обработка с ЧПУ обычно вращает заготовку, в то время как режущий инструмент остается установленным в стационарной револьверной головке или стойке инструмента.

Как работает процесс токарной обработки с ЧПУ?

Типичный процесс токарной обработки с ЧПУ включает следующие этапы.

1. Проектирование и планирование процессов

Процесс начинается с создания 3D-модели CAD или 2D-чертежа. Производитель проверяет геометрию детали, материал, допуски, качество поверхности и объем производства.

Затем конструкция оценивается на технологичность. Такие особенности, как глубокие внутренние отверстия, узкие канавки, тонкие стенки и острые внутренние углы, могут потребовать специального инструмента или дополнительных операций.

2. CAM-программирование

Программное обеспечение CAM преобразует проект в траектории движения инструмента. Программист выбирает режущие инструменты, скорость шпинделя, скорость подачи, глубину резания и последовательность обработки.

Итоговая программа переводится в машиночитаемый G-код. Перед началом производства программа может быть смоделирована для выявления столкновений инструментов, чрезмерного удаления материала или неправильных движений.

3. Настройка машины

Оператор загружает сырье и закрепляет его в патроне, цанге или специальном приспособлении. Режущие инструменты устанавливаются в револьверной головке и измеряются смещения инструмента.

Выравнивание заготовки важно, поскольку неправильное позиционирование может привести к ошибкам в размерах, чрезмерному биению или плохому качеству поверхности.

4. Удаление материала

Сначала станок выполняет черновые операции для удаления сыпучего материала. После чистовых проходов достигаются окончательные размеры и качество поверхности.

В зависимости от конструкции станок может также выполнять сверление, растачивание, нарезание резьбы, нарезание канавок, отрезку и снятие фасок.

5. Проверка и отделка

Готовая деталь проверяется с помощью таких инструментов, как штангенциркули, микрометры, штангенциркули, нутромеры или координатно-измерительные машины.

Дополнительные процессы могут включать удаление заусенцев, полировку, анодирование, пассивацию, термообработку или нанесение покрытия.

Токарный станок с ЧПУ против токарного центра с ЧПУ

Термины токарный станок с ЧПУ и токарный центр с ЧПУ родственны, но они не всегда описывают одни и те же возможности станка.

Базовый токарный станок с ЧПУ подходит для деталей, требующих преимущественно токарной обработки. Токарный центр может включать в себя приводные инструменты, ось C, ось Y, субшпиндель или устройство подачи прутка. Эти функции позволяют машине выполнять больше операций за одну установку.

Уменьшение количества установок может улучшить концентричность, сократить время выполнения заказов и уменьшить количество ошибок при обработке.

Общие токарные операции с ЧПУ

Различные операции токарной обработки выбираются в зависимости от геометрии детали.

·  Облицовка: Создает плоскую поверхность на конце заготовки.

·  Наружное точение: Уменьшает внешний диаметр.

·  Внутреннее точение: увеличивает или обрабатывает внутреннее отверстие.

·  Точение конуса: Обеспечивает постепенное изменение диаметра.

·  Нарезание канавок: вырезает в детали узкий канал.

·  Разделение: отделяет готовый компонент от заготовки.

·  Нарезание резьбы: создание внутренней или внешней резьбы.

·  Сверление: Создает отверстие вдоль оси шпинделя.

·  Растачивание: улучшает размер, выравнивание и отделку существующего отверстия.

·  Накатка: создает текстурированную поверхность для захвата или регулировки.

·  Снятие фаски: удаляет острые края и облегчает сборку.

Токарная обработка с ЧПУ особенно эффективна для деталей с центральной осью вращения, включая валы, втулки, ролики, проставки, патрубки, соединители и резьбовые фитинги.

Терминология токарной обработки с ЧПУ и параметры резки

Понимание терминологии токарных станков помогает инженерам и покупателям оценить производительность обработки.

Скорость резания

Скорость резания — это относительная скорость между режущим инструментом и поверхностью заготовки. Обычно ее выражают в метрах в минуту или в поверхностных футах в минуту.

Для токарной обработки скорость резания можно оценить с помощью:

Vc = π × D × N / 1000

где:

· Vc  — скорость резки в метрах в минуту.

·  D  – диаметр заготовки в миллиметрах

·  N  — скорость шпинделя в оборотах в минуту.

Скорость подачи

Скорость подачи описывает, насколько быстро режущий инструмент продвигается сквозь материал. Это влияет на производительность, стружкообразование, силы резания и качество поверхности.

Глубина резания

Глубина резания – это количество материала, удаляемого за один проход. При черновой обработке обычно используется большая глубина резания, а при чистовой обработке используются более легкие проходы для достижения требуемого допуска и качества поверхности.

Геометрия инструмента

Форма пластины, радиус вершины, передний угол, задний угол и материал инструмента — все это влияет на производительность резания. Правильная геометрия инструмента зависит от материала заготовки, формы детали и требуемой отделки.

Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности обычно указывается с помощью Ra. Для функциональных деталей может быть приемлемой обычная обработанная поверхность, тогда как уплотнительные поверхности, седла подшипников и медицинские компоненты могут потребовать более тонкой обработки.

Достижимая чистота поверхности зависит от состояния инструмента, скорости подачи, жесткости станка, материала, вибрации и стратегии чистовой обработки.

Размерные допуски и конструкция детали

Токарная обработка с ЧПУ может обеспечить жесткие допуски на размеры, но достижимый результат зависит от станка, материала, геометрии и метода контроля.

Дизайнерам следует учитывать следующие факторы:

·  Указывайте жесткие допуски только там, где этого требует функция.

·  Избегайте ненужного накопления допусков.

·  Обеспечьте адекватный доступ к инструментам для внутренних и внешних функций.

·  Используйте подходящие радиусы вместо острых внутренних углов.

·  Учитывайте требования к креплению тонких и гибких деталей.

·  Четко определите критические размеры и исходные данные.

·  Отделяйте общие допуски от точных характеристик.

Длинные и тонкие детали могут деформироваться во время обработки. Тонкие стенки могут деформироваться под давлением резания, а на глубокие отверстия может влиять вибрация инструмента. Эти функции требуют контролируемых параметров резания, специального инструмента, а иногда и нескольких чистовых проходов.

Проблемы токарной обработки с ЧПУ и технические решения

Отклонение заготовки

Длинные или тонкие детали могут сгибаться под действием сил резания. Такие методы поддержки, как задняя бабка, люнет или специальные мягкие губки, могут улучшить стабильность.

Болтовня и вибрация

Вибрация может привести к появлению видимых следов инструмента и несоответствия размеров. Его можно уменьшить, улучшив жесткость крепления заготовки, уменьшив вылет инструмента, отрегулировав скорость шпинделя и выбрав более подходящую геометрию пластины.

Нагрев и износ инструментов

Чрезмерное тепло может повлиять на срок службы инструмента и стабильность размеров. Правильная скорость резания, подача СОЖ, контроль стружки и выбор инструмента помогают поддерживать стабильные результаты.

Заусенцы и острые края

Вокруг просверленных отверстий, канавок и элементов разделения могут образовываться заусенцы. Операции по удалению заусенцев и контролируемые траектории движения инструмента необходимы, когда компонент должен быть безопасным в обращении или точно подходить во время сборки.

Сложные материалы

Титан, закаленная сталь, никелевые сплавы и конструкционные пластмассы могут потребовать специальных инструментов и тщательно контролируемых параметров. Стратегия обработки должна сбалансировать выделение тепла, износ инструмента, стабильность размеров и качество поверхности.

Выбор материала для токарной обработки с ЧПУ

Токарная обработка с ЧПУ совместима с широким спектром материалов.

При выборе материала следует учитывать прочность, коррозионную стойкость, износостойкость, рабочую температуру, вес, обрабатываемость и требования к отделке.

Токарная обработка с ЧПУ, фрезерная обработка и токарно-фрезерная обработка

Токарная обработка с ЧПУ лучше всего подходит для вращающихся деталей. Фрезерование с ЧПУ более эффективно для призматических компонентов с плоскими поверхностями, карманами, пазами и сложными трехмерными элементами.

Токарно-фрезерный станок сочетает в себе обе возможности. Он может вращать заготовку для точения, одновременно используя приводные инструменты для фрезерования, сверления и нарезания резьбы.

Фрезерно-токарная обработка полезна, когда деталь включает в себя:

· Внешний и внутренний диаметры

· Перекрестные отверстия

·  Радиальные пазы

·  Квартиры

· Смещенные от центра элементы

· Сложная геометрия передней и задней части

Выполнение этих функций на одной машине может сократить время настройки и улучшить взаимосвязь между критически важными функциями.

Применение токарной обработки с ЧПУ

Токарная обработка с ЧПУ используется во многих отраслях промышленности.

Общее машиностроение

Производители используют токарную обработку для изготовления валов, манжет, втулок, роликов, резьбовых компонентов и механических деталей на заказ.

Автомобильная промышленность

Типичные области применения включают компоненты трансмиссии, детали подвески, детали двигателя, компоненты рулевого управления и прецизионные пальцы.

Аэрокосмическая промышленность

Токарная обработка с ЧПУ позволяет производить легкие и высокопрочные компоненты, такие как авиационная арматура, детали приводов, гидравлические соединители и конструкционное оборудование. Материалы могут включать сплавы на основе алюминия, титана и никеля.

Медицинский

Медицинские применения включают компоненты хирургических инструментов, ортопедическое оборудование, стоматологические компоненты и прецизионные фитинги. Эти детали часто требуют строгого контроля материала, отслеживаемости, удаления заусенцев и обработки поверхности.

Промышленное оборудование

Токарная обработка широко используется для изготовления гидравлических и пневматических фитингов, компонентов насосов, корпусов клапанов, седел подшипников и средств автоматизации.

Робототехника и электроника

Роботизированные соединения, корпуса датчиков, прецизионные валы, разъемы и миниатюрные механические компоненты часто требуют токарной обработки в сочетании с фрезерованием или сверлением.

Автоматизация и серийное производство

Токарная обработка с ЧПУ подходит как для единичных прототипов, так и для крупносерийного производства. Варианты автоматизации включают устройства подачи прутка, роботизированную загрузку, автоматическое измерение инструмента, контроль в процессе производства и уловители деталей.

Для повторного производства автоматизация может улучшить:

· Согласованность времени цикла

· Производительность труда

· Использование материалов

· Повторяемость производства

· Безопасность оператора

· Стабильность от партии к партии

Лучший метод производства зависит от объема детали, формы материала, геометрии, требований к допускам и ожидаемого срока службы изделия.

Услуги токарной обработки с ЧПУ для прецизионных компонентов

Dawang Precision поддерживает токарные станки с ЧПУ и связанные с ними требования к точной обработке для промышленного, автомобильного, аэрокосмического, медицинского и инженерного применения. Наши производственные возможности включают современное оборудование с ЧПУ, многоосную обработку и контроль производства сложных компонентов.

Если у вас есть новая конструкция компонента, отправьте свой чертеж STEP или PDF нашей команде инженеров для бесплатной проверки DFM. Мы можем оценить выбор материала, допуски, стратегию обработки и потенциальные производственные риски, а затем предоставить обратную связь в течение 24 часов.

Часто задаваемые вопросы

В1: Для чего используется токарная обработка с ЧПУ?

Токарная обработка с ЧПУ используется для изготовления цилиндрических и вращающихся компонентов, таких как валы, штифты, втулки, фитинги, втулки, ролики и детали с резьбой.

В2: В чем разница между токарной и фрезерной обработкой?

Вращение вращает заготовку, в то время как режущий инструмент удаляет материал. При фрезеровании обычно режущий инструмент вращается, пока заготовка закреплена на столе станка.

В3: Может ли токарная обработка с ЧПУ производить внутренние отверстия?

Да. Сверление создает осевые отверстия, а расточка и внутренняя токарная обработка улучшают их диаметр, соосность и качество поверхности.

В4: Подходит ли токарная обработка с ЧПУ для небольших производственных тиражей?

Да. Токарная обработка с ЧПУ подходит для прототипов, мелкосерийного производства, повторных заказов и крупносерийного производства.

В5: Что влияет на точность токарной обработки с ЧПУ?

Точность зависит от состояния станка, крепления, стабильности материала, износа инструмента, параметров резания, температурных изменений, программирования и методов контроля.