Сравнение технологий обработки — традиционный метод и работа на станках с ЧПУ
Сначала о главном отличии — станок с ЧПУ, выполняя работы на высокой скорости и с максимальной точностью, сокращает число людей, задействованных на производстве. И при этом он не допускает ошибок, которые неизбежно связаны с человеческим фактором — следовательно, уменьшается количество бракованных изделий.
Первое поколение числовых станков мало отличалось от обычных способов работы. Недостатков у них было множество. Это связано в первую очередь с носителями информации — в те времена это были перфокарты, которые просуществовали недолго, а эффективность работы с ними была ниже среднего. Начало разработки станков с компьютерным управлением — это 1949 год, когда американские промышленники начали использовать программирование для управления металлообрабатывающими станками.
Как ни странно, но несомненного лидера в споре ручных и программных станков назвать нельзя. Потому что оборудование с ЧПУ обладает несомненным комплексом преимуществ. Но в том случае, если требуется изготовить всего лишь несколько штук однотипных деталей — например, не более десяти, то подготовка программы для ЧПУ займёт больше времени, чем обработка этих деталей традиционным методом. НО: выполнить эту работу на ручном станке можно только в том случае, если нет строгих требований к точности параметров.
А для нескольких сотен заготовок, которые должны быть абсолютно идентичны, ручная обработка — это десятикратная потеря времени, отсутствие 100% повторяемости деталей и множество отходов, зачастую — и бракованных изделий. А медленная скорость, отходы, брак — это повышение итогового прайса деталей.
Коротко о плюсах и минусах ручных станков
Независимо от сложности конкретной операции, режущий инструмент находится непосредственно под управлением оператора.
- бюджетная стоимость;
- легко выставлять настройки;
- станок прост не только в обслуживании, но и ремонте — небольшие неисправности исправить сможет большинство операторов, а профессиональный ремонт потребует минимум финансовых затрат;
- не нужны специальные знания для работы с графическим редактором;
- возможно моментально приступить к индивидуальному заданию — не потребуется создавать и отрабатывать макет, оператор взял в руки заготовку и работает.
- результат зависит не только от квалификации оператора, но и обычных сбоев и ошибок, неизбежных спутников человеческого фактора;
- менее высокая точность обработки заготовок;
- обычно остаётся значительное количество отходов — следовательно, снова поднимается себестоимость готовой детали;
- низкая производительность — скорость на создание одинаковых деталей десятикратно отличается для этих станков: например, на работу, которую на ручном станке можно выполнить в течение часа, ЧПУ потратит не более 5 минут;
- нет возможности выпускать большие серии однотипных деталей — не существует опции «просто задать программу и получить абсолютную повторяемость сотен экземпляров».
Безусловно, на практике не всегда есть возможность закупить высокотехнологичное оборудование и финансировать его ремонт. Но тогда и ассортимент, и количество, и скорость создания деталей сокращаются в разы. И самое главное — несравнимы качество и точность обработки.
Характеристики станков с ЧПУ
Основное отличие этой технологии — весь производственный процесс автоматизирован. Системе задаются параметры, и она регулирует обработку деталей: удаление с металлической заготовки «всего лишнего». Безусловно, программа должна быть разработана безупречно — тогда и результатом станет поток однотипных деталей с высоким качеством и абсолютной повторяемостью.
- скорость выполнения операций, десятикратно превышающая темпы работы на ручном станке;
- возможность создавать сложные детали;
- безопасность — человек не выполняет непосредственное действие собственными руками при работе с режущими инструментами;
- минимизация ошибки оператора;
- высокая точность;
- абсолютное соответствие всех параметров исходному заданию;
- один квалифицированный оператор без проблем контролирует работу нескольких станков — следовательно, дополнительная экономия на обслуживающем персонале;
- полная идентичность любого количества деталей — всё, что задано программой, станок повторит сотни и тысячи раз без малейшего сбоя даже на микрон.
К тому же, чтобы перейти на производство абсолютно иных деталей, достаточно однократно разработать и задать станку новую программу.
Недостатки и проблемы:
- высокая стоимость станков — естественно, чем сложнее и производительнее модель, тем выше прайс;
- для устранения поломки потребуется квалифицированный специалист — самому оператору справиться не удастся, как при ремонте ручного станка, следовательно — солидные расходы;
- для разработки кодов нужен квалифицированный программист;
- безусловно, высоким профессионализмом должен обладать и сам оператор;
- после программирования потребуется отладка станка при переходе к новому заданию.
Хотя ремонт станка с ЧПУ действительно стоит недёшево, но в процессе работы он сам способен контролировать свои проблемы — например, температуру и состояние охлаждающей жидкости. Поэтому и поломки происходят достаточно редко — безусловно, если оператор смотрит на «жалобы» станка, не забывает заменить или добавить СОЖ.
Области применения каждого из станков
Для конкретного производства выбор зависит и от задач, и от сложности деталей, и требований к точности параметров. Теоретически станки обоих типов выполняют совершенно одинаковые операции. Отличия в качестве, уровне сложности и скорости, а главное — возможности массового выпуска одинаковых деталей.
Когда наиболее востребованы станки с ручным управлением:
- проект рассчитан на небольшое количество деталей, и при этом бюджет на него заложен минимальный;
- нужно срочно запустить в работу небольшую партию, не теряя времени на программирование и разработку;
- постоянная смена заданий — и по каждому из них количество не превышает 10-15 экземпляров.
Когда не обойтись без оборудования с программным управлением:
- процесс обработки требует быстрой смены оснастки на станке — это может обеспечить только автоматизированное управление;
- нужна многоосевая обработка — к ним относятся некоторые виды токарных или фрезерных работ, которые для ручной обработки слишком сложны;
- даже самая простая операция — нарезание резьбы эффективнее на программном станке, если требуется обработка большого количества деталей;
- предстоит обработка заготовок сложной конфигурации;
- работа с прототипами — когда необходимо не только их создание, но и анализ возможных дефектов, оценка всех параметров и отклонений от заданного проекта.
В большинстве случаев при выборе станка приходится отталкиваться не только от его функциональности, но и первоначальной стоимости. Поэтому предпочтение может перейти к ручным моделям. Но — в случае, если есть возможность приобрести качественное оборудование, то экономия от его длительного использования очевидна: высокая скорость работ, максимальная точность и неограниченный выбор сложных проектов.
Что умеет ЧПУ
С качеством, количеством и повторяемостью деталей мы разобрались. Здесь ЧПУ лидирует. Но есть и другое преимущество, которое, впрочем, требуется не всем пользователям станков — работа с заготовками из различных материалов. Большинство задач по обработке связано с металлами и их разнообразными сплавами. Но программы ЧПУ возможно разработать для пластика и стекла, керамики и даже дерева.
Требуется такая работа реже, но программные станки достаточно однократно «озадачить» новым проектом, и он начинает его выполнять безошибочно, с минимальными потерями исходного материала и на максимальной скорости.
В зависимости от модели и назначения конкретного программируемого станка различаются и требования к условиям работы — в отличие от ручного оборудования, нужно следить за целым комплексом характеристик рабочей среды:
- избегать повышенной влажности в цехах;
- контролировать параметры газов, увеличивающих коррозию;
- не превышать уровень теплового излучения, а также исключить прямые солнечные лучи.
На многих производствах возникает и проблема с вибрацией — она не только сказывается на качестве работ (точности выполнения операций), но и сокращает срок службы самого станка. На некоторых предприятиях оптимальным выходом послужит обустройство ударопрочной канавки. Но эту проблему необходимо решать по конкретным условиям работы станка и характеру (силе) вибрации.
Коротко о самых востребованных операциях
Фрезерование — формирование детали с помощью режущего инструмента, фрезы. Поэтапно удаляется металл и достигается нужная конфигурация. Сначала — первичная обработка, отделение стружки, а затем финишное точное фрезерование. После контроля — чистовая металлообработка. Наиболее востребованные фрезеровальные операции:
- торцевые;
- обычные;
- угловые
Для работы с неровными поверхностями и сложными конфигурациями применяется фрезерование формы. Операции по фрезерованию выполняются на высокой скорости. Фрезерные станки с ЧПУ используются не только для оперативного производства серийных деталей, но и создания прототипов.
Токарная обработка металлов — для этих задач существует несколько типов станков, включая карусельные и центровые. Отличаются они и по уровню автоматизации. С заготовками сложной конфигурации, как правило, работают на станках патронного типа. Основные характеристики такого оборудования:
- высокая жёсткость инструментов для токарной обработки;
- отсутствие зазоров в конструкции станка;
- постоянный контроль выполнения операций при помощи датчиков.
Токарное оборудование разработано в различных модификациях — от универсальных станков до узкоспециализированных. Выполняемые операции — нанесение резьбы, подрезка, сверление, работа с торцами и развёртывание.
Шлифование. Точность достигается на уровне микрона. Принцип работы — шлифовальные круги вращаются на большой скорости, аккуратно удаляя частицы металла. Результат — безупречно гладкая поверхность.
Лазерная обработка. Эта технология используется в различных производственных сферах около 50 лет. Основные типы операций:
- резка;
- сварка;
- закалка;
- маркировка;
- наплавка.
При таких операциях задействованы высокие мощности, потому требуется надёжная система охлаждения. Питание может быть от трансформаторного или импульсного источника.
Электроэрозионный метод — используется для обработки твёрдых материалов. Принцип работы основан на применении электрического разряда. При этом электрод и заготовка механически не соприкасаются между собой. Такой метод позволяет создавать детали с высокой точностью, сложной конфигурацией и с абсолютно гладкой поверхностью.
В каких отраслях широко задействовано оборудование с числовым управлением
Для одних промышленных задач важнее высокая точность обработки, для других — повторяемость параметров тысяч экземпляров, для третьих — скорость. И везде требуется минимальное время на каждую операцию, сокращение отходов и снижение себестоимости.
Поэтому обработка на программируемых станках широко используется в самых разнообразных сферах:
Автопром
В одном только ДВС можно насчитать десяток применений этой технологии. Пример лишь части деталей, которые сложно (или невозможно) обработать иным способом:
- блоки цилиндров;
- клапаны;
- коробка передач;
- приборная панель;
- датчики.
И таких компонентов десятки — от поршней до миниатюрных шестерёнок.
Электронная промышленность
Ни один другой метод работы не способен обеспечить создание больших партий миниатюрных деталей с абсолютной повторяемостью. Это относится к самым различным компонентам:
- печатные платы;
- корпуса приборов;
- теплоотводы и многое другое.
В этой сфере станки с ЧПУ задействованы и в непосредственном производстве, и на этапе прототипирования.
Медицина
Речь идёт как об инструментах, так и имплантах:
- костные пластины и винты;
- зубные коронки и протезы;
- ортодонтические ложки;
- кардиостимуляторы и компоненты для протезирования;
- хирургические инструменты — лезвия, зажимы, пинцеты.
Здесь требуется идеально гладкая поверхность и высокая точность
Энергетика
В этой сфере нужны разнообразные элементы для нефтеперерабатывающей промышленности и трубопроводов, детали для ветряных турбин и множество других компонентов.
Авиационная промышленность и ракетостроение
С помощью ЧПУ создаются десятки деталей и компонентов:
- от элементов для шасси до антенн;
- от втулок до электрических разъёмов;
- от коллекторов до аэродинамических профилей.
В авиа- и ракетостроении требуется точность до микрона — от неё зависит не просто работа оборудования, а безопасность множества людей.
Отдельно можно упомянуть гаджеты — безусловно, производство смартфонов и ноутбуков является частью электронной промышленности. Но именно для таких чувствительных устройств большинство деталей невозможно изготовить без высокотехнологичного оборудования. Не только компоненты платы или корпуса, но и сами экраны, а также задние стеклянные крышки телефонов производятся с использованием станков ЧПУ.
Комментарий эксперта
Современные станки с ЧПУ позволяют без проблем обрабатывать не только сталь и алюминий, но и титановые сплавы, бронзу, латунь. При правильной настройке и выборе инструмента точность обработки достигает 0,005 мм, что критично для деталей авиации и медицины. На ручном оборудовании такой результат практически недостижим.