От трёхосевых до пятиосевых, от обычных до ЧПУ 

1. Механическая обработка, если говорить проще, это «занимание вычитания»

Что такое механическая обработка? Берёшь кусок исходного материала, используешь станки, такие как токарный или фрезерный, и с помощью инструментов срезаешь ненужные части, в итоге получая деталь, соответствующую чертежу.

По сути, это выражается четырьмя словами: производство с удалением материала.

Противоположностью этому является «аддитивное производство» — то есть 3D-печать, когда материал наращивается слой за слоем. Механическая обработка же делает всё наоборот: с полного куска материала по частям убирает лишнее.

2. Основные технологии, можно объяснить в двух словах

Механическая обработка кажется сложной, но чаще всего используется всего несколько видов. Токарная обработка — заготовка вращается, инструмент не двигается, суть токарной обработки в одной фразе: заготовка вращается, инструмент неподвижен.

Вы зажимаете круглую заготовку в шпиндель токарного станка, шпиндель вращается, заготовка вращается вместе с ним, затем токарный резец прикасается и снимает наружный диаметр. Вот что такое токарная обработка.

Токарная обработка делается для «круглых деталей» — валы, диски, втулки, фланцы, резьбы, все детали вращения в основном изготавливаются на токарном станке. Точность может достигать IT6~IT7, а шероховатость поверхности Ra 0,8~1,6 мкм.

Токарная обработка = токарный станок + вращающиеся детали.

Фрезерование — инструмент вращается, заготовка неподвижна

Фрезерование наоборот: фреза вращается на высокой скорости, заготовка закреплена на столе и не двигается.

Фреза вращается, стол с заготовкой движется вперед-назад, влево-вправо, таким образом формируются плоские поверхности, пазы и сложные криволинейные поверхности.

Фрезеровка — это «работа для квадратных деталей» — корпуса, формы, конструкционные детали, любые призматические детали и сложные контуры обрабатываются на фрезерном станке. Точность IT8~IT7, шероховатость поверхности Ra1.6~0.8μm.

Фрезеровка = фреза вращается и обрабатывает призматическую деталь.

Шлифовка — это самая точная «тонкая работа».

Токарка и фрезеровка — это «черновая работа», а шлифовка — настоящая «тонкая работа». Для шлифовки используется шлифовальный круг, а не обычный инструмент. Шлифовальный круг вращается на высокой скорости и совершает микроскопическую резку поверхности детали. Каждое снятие материала минимально, точность достигает IT5~IT6, а шероховатость поверхности Ra может составлять 0.1~0.4μm.

Шлифовка предназначена для высокоточной работы — дорожки подшипников, измерительные инструменты, прецизионные формы, закалённые стальные детали. Любые поверхности с очень высокими требованиями к сопряжению в основном обрабатываются на шлифовальном станке.

Шлифование = абразивный круг, высокая точность.

Сверление — базовое умение для отверстий

Самое простое сверление: сверло вращается и врезается в материал, получается отверстие.

Это самый распространённый способ обработки отверстий. Точность средняя, IT11~IT13, но зато просто, быстро и можно делать везде.

Растачивание — «тонкая подгонка» отверстия

Растачивание применяется для увеличения и точной обработки уже существующих отверстий.

Сверло сделало отверстие недостаточно точным? Берём расточной инструмент и делаем отверстие снова — точность повышается до IT7~IT9. Особенно используется для больших деталей и высокоточных отверстий — цилиндры двигателя, гидравлические цилиндры, корпуса редукторов.

Строгание — эффективный способ за один проход

Строгание выполняется многозубым резцом, который тянут по заготовке прямо, за один проход обрабатывая сложный профиль.

Очень эффективно, но стоят такие инструменты дорого, поэтому подходит для массового производства. Шлицевые отверстия, шпоночные пазы, квадратные отверстия — все это специализация строгания.

3. Что такое CNC?

Полное название CNC — Computer Numerical Control (числовое программное управление с помощью компьютера). Это не технология, а способ управления.

Обычные станки работают вручную, а CNC-станки управляются программой. Введи G-код, и станок автоматически делает резку, автоматически меняет инструмент и автоматически завершает обработку.

Токарный станок может быть CNC, фрезерный станок может быть CNC, шлифовальный станок тоже может быть CNC. CNC — это «мозг», технология — это «руки и ноги», это разные вещи.

В чем преимущество CNC по сравнению с обычной обработкой? Высокая точность, хорошая повторяемость, возможность обрабатывать сложные поверхности. Точность обычной обработки IT9~IT12, а CNC может достигать IT6~IT8. Недостатки — дорогое оборудование и временные затраты на программирование.

1. Пятиосевая обработка

Трехосевые обрабатывающие центры могут выполнять только прямолинейные движения по осям X, Y и Z. А пятиосевые? Добавлены две вращательные оси.

Что означает добавление двух вращательных осей? Это означает, что инструмент может подходить к заготовке под любым углом. При обработке сложных деталей на трехосевом станке приходится многократно закреплять деталь, и каждый раз возникает погрешность. На пятиосевом станке всю обработку можно выполнить за одно закрепление.

Когда обязательно использовать пятиосевую станку?

Колеса и лопасти – сложные криволинейные поверхности, на трехосевом станке это вообще невозможно. Авиакосмические конструкционные элементы – тонкостенные детали со сложными криволинейными поверхностями, точность до ±0,01 мм. Прецизионные формы – трехмерные поверхности и окончательная чистовая обработка. Медицинские инструменты – искусственные суставы, ортопедические имплантаты.

Эти работы трехосевым станком не выполнить, с четырехосевым тоже сложно, необходим пятиосевой.

Пятиосевой станок всегда дороже? Не обязательно. Для одной сложной детали на трехосевом станке нужно пять раз закреплять, пять раз программировать и выполнять пять операций; на пятиосевом станке всё выполняется за одно закрепление. Сложив все расходы, пятиосевой станок может оказаться даже более выгодным.

5. Как выбрать технологический процесс? Достаточно смотреть на три момента.

Первое — форма: круглое обрабатывают на токарном станке, квадратное — на фрезерном, если нужна высокая точность — на шлифовальном.

Второе — точность: если требования невысокие, подойдёт токарка или фрезер; если выше — шлифовка; ещё выше — сверхточная обработка.

Третье — объём партии: для единичного или мелкосерийного производства используют универсальное оборудование, для больших тиражей можно подумать о специализированных станках или высокоэффективной обработке стружколомом.

Нет идеального процесса, есть только наиболее подходящий. В производстве казалось бы всё просто, но на самом деле все детали важны. От чертежа до готовой детали — какой процесс выбрать, какое оборудование использовать, с какой скоростью и подачей работать, какие инструменты и охлаждение применить — каждый шаг влияет на конечное качество.