Основные типы машин

Типы ЧПУ-машины

Разные задачи требуют разных машин. Вот основные типы, с которыми вы столкнетесь на мастерской.

Фрезерный станок с ЧПУ: Основной инструмент большинства производств. Поворотный инструмент, вращающийся вокруг своей оси, перемещается вдоль неподвижного изделия для удаления материала. Фрезерные станки могут выпилить плоские поверхности, карманы, щели, отверстия и сложные трехмерные контуры. В большинстве случаев используют вертикальные фрезерные станки, где шпиндель направлен вниз.

ЧПУ-лястик (пиломатериал): Неподвижный инструмент отрезает материал, вращающийся изделие. Ластики производят круглые детали: валы, вкладыши, шпильки, нитки, и все, что имеет вращательное симметрия. Если деталь является цилиндрической, скорее всего, она была изготовлена на ластике.

ЧПУ-рутер: Похож на фрезерный станок, но предназначен для мягких материалов и больших рабочих зон. Рутеры выпиливают дерево, пластик, пену и алюминиевый лист. Обычно используют в изготовлении знаков, мебели и композитных изделиях.

EDM (электронагревание): Инструмент не касается изделия. Вместо этого электрические искры разрушают материал. EDM может выпилить твердый сталь и создать формы, которые невозможно получить с помощью традиционного выпиливания: маленькие отверстия, острые внутренние углы и изысканные полости для формовки.

3-осевой vs 5-осевой: 3-осевой фрезерный станок перемещает инструмент в X (слева-направо), Y (вперед-назад) и Z (вверх-вниз). 5-осевой фрезерный станок добавляет два вращения, позволяя инструменту приближаться к изделию под любым углом. 5-осевые станки стоят дороже и сложнее в программировании, но они могут производить сложные авиационные и медицинские детали в одном установке вместо нескольких установок и приспособлений.

Выбор подходящего станка

Соответствие станка задаче

Машиnist должен смотреть на деталь и знать, на какой станок она делается наиболее эффективно.

Системы координат и движения

G-Code: Язык ЧПУ

Каждый ЧПУ станок читает программу, написанную на G-коде: простом языке, в котором каждая строка говорит станку: переместись сюда, вращать шпиндель, включать охлаждение, менять инструмент.

G-code использует координатную систему Картееза. На фрезернике:

- X = слева и справа

- Y = вперед и назад

- Z = вверх и вниз (Z положительное всегда указывает вдалеке от детали)

Каждая программа имеет рабочий смещение: точку на детали, которую машина считает X0 Y0 Z0. Обычно это угол или центр верхней грани. Фрезеровщик устанавливает эту точку, касаясь инструмента детали и говоря контроллеру, где она находится.

Самые важные команды движения:

- G00: Быстрый перемещение. Машина перемещается с максимальной скоростью в позицию. Используется для переопределения, но не для резания. Движение в быстром режиме в материал будет привести к столкновению инструмента.

- G01: Линейное движение. Машина перемещается в прямой линии с контролируемой скоростью резания. Это базовый режим резания.

- G02: Круговое движение по часовой стрелке. Обрезает круговую кривую по часовой стрелке.

- G03: Круговое движение против часовой стрелки. То же, что и G02, но в противоположном направлении.

M-коды контролируют функции машины, которые не являются движением:

- M03: Включение шпинделя, по часовой стрелке

- M05: Остановка шпинделя

- M08: Включение охлаждения

- M09: Выключение охлаждения

- M06: Смена инструмента

- M30: Конец программы и сброс

Чтение блока G-Code

Чтение G-Code

Вот короткий фрагмент G-code. Каждая строка называется блоком.

G00 X0 Y0 Z1.0
G00 Z0.1
G01 Z-0.25 F10.0
G01 X3.0 F15.0
G00 Z1.0

Значение F - это скорость резания: насколько быстро инструмент перемещается через материал, в дюймах в минуту.

Смещение инструмента

Смещение длины инструмента и смещение рабочей плоскости

У каждого режущего инструмента разная длина. 6-дюймовая фреза выступает дальше из шпинделя, чем 2-дюймовая сверло. Если машина не учитывает эту разницу, она будет резать слишком глубоко или недостаточно глубоко.

Это решается с помощью смещения длины инструмента. Механик измеряет длину каждого инструмента и вводит ее в контроллер. Когда программа вызывает этот инструмент, машина корректирует все движения Z, чтобы компенсировать разницу.

Неправильно настроенное смещение длины инструмента - одна из самых распространенных причин аварий. Если смещение слишком короткое, инструмент опускается глубже, чем ожидалось. Если смещение слишком длинное, инструмент резает воздух над рабочей поверхностью.

Смещение рабочей плоскости (G54, G55, G56 и т.д.) указывает машине, где расположена рабочая поверхность на столе. Механик может настроить несколько деталей с разными смещениями рабочей плоскости и запустить их последовательно без повторной нулевки.

Режущие инструменты

Режущие инструменты и их задачи

ЧПУ-машина хороша только тем инструментом, который в ее шпинделе. Разные операции требуют разных инструментов.

Фрезы: Самый универсальный инструмент для фрезерования. Они режут снизу и с боков. Плоская фреза оставляет ровный пол, шаровая фреза - округленную поверхность. Фрезы бывают 2-, 3- и 4-лопастными: больше лопастей - гладкая поверхность, но требуется быстрый режим для поддержания правильного сечения отслоения.

Боры: Для сверления отверстий. Пунктирные сверла начинают сверление с точного центра. Точильные сверла проделывают отверстие до заданной глубины. Режущие инструменты после этого приводят отверстие к точному диаметру с гладкой поверхностью.

Вставки: Заменяемые режущие головки, которые застревают в держателе инструмента. Часто используются на токарных и фрезерных станках. Когда носок изнашивается, его поворачивают (индексируют) на свежую кромку или полностью меняют, а не весь инструмент. Это экономит значительную сумму в производстве.

Материалы инструмента: Большинство режущих инструментов изготавливают из скоростной стали (HSS) или карбида. Карбид более твердый и может работать на значительно больших скоростях, но он хрупкий и дороже. Существуют инструменты из керамики и алмазного покрытия для специализированных высокоскоростных применений.

Скорости и Пасынки

Скорости & Пасынки: Ядро расчета

Скорость (RPM) - это скорость вращения шпинделя. Пасынок (IPM: дюймы в минуту) - это скорость перемещения инструмента через материал. Правильное определение этих параметров - разница между хорошим резом и сломанным инструментом.

Начальным пунктом является скорость поверхности (SFM: дюймы в минуту), которая зависит от материала, который режется, и материала инструмента. Алюминий с карбидным инструментом может работать на 800 SFM. Мягкий сталь с карбидом может работать на 400 SFM. Нержавеющая сталь может быть 250 SFM.

RPM вычисляется от SFM & диаметра инструмента:

RPM = (SFM x 3.82) / Диаметр Инструмента

Объем отслаивания - это толщина материала, которую каждый лопасть удаляет за один оборот. Это основная единица резания. Низкий объем отслаивания означает, что инструмент трется, а не режет, генерируя тепло и ускоряя износ. Высокий объем отслаивания перегружает инструмент и может привести к его разрыву.

Скорость подачи вычисляется от объема отслаивания:

Скорость подачи (IPM) = RPM x Количество Лопастей x Объем Отслаивания

Это начальные значения. Мастер фрезерования корректирует их на основе того, что они слышат, видят и измеряют. Хороший рез звучит гладко. Плохой рез кричит, дергается или вызывает тряску станка.

Допуски и GD&T

Допуски: как точно достаточно?

Ни одна деталь не производится с идеальными размерами. Каждый размер на чертеже имеет допуск: допустимый диапазон отклонений.

Размер может быть указан как 2.500 +/- 0.005 дюймов. Это означает, что фактическая деталь может быть в пределах от 2.495 до 2.505 дюймов и все еще пройдет проверку. Этот допуск составляет плюс или минус пять тысячных дюйма, также называемый 'пятью тюбами'.

Более строгие допуски обходятся дороже. Деталь, соответствующая допуску плюс или минус 0,0005 дюйма (полтора тюб), требует лучших машин, острейших инструментов, более медленных подач, контролируемых условий температуры и более тщательного контроля качества. Задача машиниста - достичь допуска, а не преследовать идеальную точность, превышающую требования чертежа.

GD&T (Геометрический размер и допуск) выходит за рамки простого плюс/минус. Он контролирует геометрию функций:

- Ровность: насколько ровна поверхность? Ровность 0.001 означает, что вся поверхность должна влезать между двумя параллельными плоскостями на 0.001 дюйма.

- Симметричность: насколько хорошо две цилиндрических детали разделяют одну и ту же осевую линию?

- Истинное положение: насколько близко отверстие находится к тому месту, где чертеж говорит, что оно должно быть?

GD&T имеет свой язык с собственными символами. Обучение этому занимает время, но каждый машинист должен знать хотя бы базовые понятия.

Измерение и проверка

Измерение того, что вы сделали

Вы не сможете достичь допуска, если не сможете измерить его.

Цалиперы: измеряют внутренние диаметры, внешние диаметры, глубины и ступени. Цифровой цалипер показывает до 0.0005 дюйма. Хорошо подходит для допусков плюс или минус 0.005 и более широких.

Микрометры: более точны, чем цалиперы. Внешний микрометр показывает до 0.0001 дюйма. Используются, когда допуски составляют плюс или минус 0.001 или более строгие. Микрометры хорошо измеряют одну вещь: вам нужно разные типы для внешних размеров, внутренних отверстий и глубин.

Координатно-измерительная машина (CMM): Компьютерно-управляемый датчик, касающийся точек на детали и создающий 3D карту измерений. CMM может проверять сложные требования GD&T, которые нельзя проверить с помощью ручного инструмента. Они дороги, но являются стандартом в аэрокосмической и медицинской промышленности.

Гаусовые зажимы и гаусовые блоки: Строгой обработки с точными размерами. Используются для проверки размеров отверстий (гаусовые зажимы для прохода/отказа) и для калибровки других инструментов. Сетка гаусовых блоков, точность которых составляет миллионные доли дюйма, стоит тысяч долларов.

Карьерные пути в CNC

Карьерные пути в обработке на CNC

Обработка на CNC предлагает множество карьерных путей с разными сочетаниями ручной работы и технического планирования.

Оператор CNC: управляет машинами. Загружает материал, настраивает инструменты, запускает программы, контролирует резание, и проверяет готовые детали. Входное положение, но хороший оператор, который понимает процесс, стоит своей веса в карбиде. Медианный оклад составляет от 40 000 до 50 000 долларов, больше в аэрокосмической и медицинской промышленности.

Техник настройки CNC: занимается сложной частью: фиксированием, смещением инструментов, первоначальным контролем качества и настройкой нового задания. После того, как техник настройки имеет процесс, работающий, операторы продолжают его. Техники настройки зарабатывают от 50 000 до 65 000 долларов.

Программист CNC: пишет G-код, часто используя CAM (компьютер-βοевой производство) программное обеспечение, которое генерирует траектории инструментов из 3D моделей. Программисты принимают решения о стратегиях резания, выборе инструментов и последовательности резания. Они должны обладать сильным пониманием как программного обеспечения, так и физического процесса резания. Диапазон окладов составляет от 55 000 до 80 000 долларов.

Инженер по производству: проектирует весь производственный процесс: какие машины, порядок операций, приспособления, контроль качества. Они решают производственные проблемы и оптимизируют затраты и качество. Обычно требует степени или большого опыта. 65 000-95 000 долларов.

Сертификация NIMS: Национальный институт металлообработки предлагает отраслевыпознаваемые сертификаты в области ЧПУ фрезерования, ЧПУ токарной обработки и других специальностей. Сертификация NIMS доказывает компетентность работодателям и может ускорить карьерное продвижение.

Многие токари начинают как операторы, получают сертификаты NIMS, переходят к настройке или программированию и в итоге руководят отделами или открывают свои собственные мастерские. Путь от оператора до владельца мастерской часто проходит в этой профессии.

Ваш путь вперед

Обдумывая свой путь

Нет единственного правильного входа. Некоторые люди начинают с программ обучения в колледже. Другие проходят обучение в мастерских на производственных предприятиях. Некоторые вступают в армию и учатся мастерить там. Общая черта - практические навыки на станке.

Что вы запомните?

Заключение

Вот что вы изучили сегодня:

- ЧПУ станки используют компьютерное управление для резки деталей с тысячных долей дюйма точности, но токарь все равно принимает ключевые решения

- Фрезеруют плоские и сложные формы; токарные станки делают круглые детали; роторы обрабатывают большие мягкие материалы; ЭДМ использует электрические искры для обработки твердого сплава

- G-код - язык ЧПУ: G00 для быстрых движений, G01 для резания, G02/G03 для арок, M-коды для функций станка

- Скорости и подачи рассчитываются на основе скорости обработки поверхности, диаметра инструмента, нагрузки на отрезаемый слой и количества лопастей

- Допуски определяют допустимое отклонение; GD&T контролирует геометрию; инструмент измерения должен быть более точным, чем допуск

- Карьера варьируется от оператора до инженера по производству, с сертификацией NIMS в качестве профессиональной квалификации

ЧПУ-обработка - это ремесло, где важны математические навыки, решению проблем и практические умения. Машины становятся все более способными каждый год, но все равно нуждаются в людях, понимающих физику резания металла.