ЧПУ-станки для резьбы, гравировки и сложных деталей: виды и применение

Использование числового программного управления в производстве не новость. Первые станки с ЧПУ появились в 50-х годах прошлого века. В России такое оборудование стало широко внедрятся в 80-х годах. Конечно, с тех пор произошла буквально эволюция в данном виде промышленных машин. 

Теперь станки с ЧПУ довольно многофункциональны, а возможность быстро переключать оборудование на другие операции и материалы делает их универсальными для любого производства. ЧПУ-станки ценятся за высокую точность изготовления деталей, включая сложные формы, и быстроту изготовления, в том числе и при решении нестандартных задач. ЧПУ-станки более гибкие к изменению производственных условия, чем традиционное производственное оборудование, что позволяет изготавливать детали малыми партиями. 

Что такое ЧПУ-станки и их основные возможности 

Станки с числовым программным управлением – это автоматизированное производственное оборудование, производящее заданные операции без вмешательства человека. Такие станки-роботы являются важной частью повышения эффективности производства и снижения затрат, так как могут работать быстрее стандартного оборудования и с большей точностью, что повышает качество конечной продукции. 

Процесс обработки деталей зависит от CAD и CAM. CAD – это проектирование детали – программа, задающая нужные параметры, а CAM – программа непосредственного производства, то есть перечень выполняемых операций. При помощи CAD создается трехмерная модель изделия, получаемого на выходе. В современном производстве ЧПУ-станки по большей части используются в металлообработке, деревообработке и при штамповке пластика. 

Основные типы станков с ЧПУ 

Определить функциональность роботов можно уже исходя из их названия: 

• сверлильное оборудование – работает для высверливания отверстий в различных материалах, либо обработки поверхности при помощи вращающегося вокруг исходного материала сверла;
• токарные ЧПУ-станки – в этом случае вращается сам блок исходного материала, в контакт с ним вступает резец, придавая необходимую форму;
• фрезерные станки работают по принципу удаления из исходного блока материала с использованием вращающихся резцов, шлифовальных приспособлений и т.п.
• электро- и химические способы обработки подразумевают высокотехнологичные методы обработки материала, с использованием химических растворов или токов высокого напряжения. 

С развитием новых технологий для обработки металла стали использовать лазерную резку, обработку водной струей под высоким давлением, плазменную резку и кислород. 

Гравировальные станки с ЧПУ

Предназначены для выполнения сложных гравировок на различных материалах: металле, камне, дереве, пластике и кости. Такие станки широко при меняются в рекламной, ювелирной, сувенирной промышленности и других отраслях. 

Основным преимуществом ЧПУ-станков, помимо высокой точности и скорости работы, является безопасность. Когда станок работает, человек выполняет только контролирующую функцию (отслеживает процесс по монитору) и не взаимодействует ни с деталью, ни с опасными частями агрегата. 

ЧПУ-станки для художественной резьбы

При изготовлении фурнитуры для мебели, сувенирной продукции, пластиковых украшений интерьера все чаще ручной труд выполняют ЧПУ-станки, способные с более высокой точностью воспроизвести деталь. На таких станках изготавливают иконы, резные картины, небольшие скульптуры из камня, пластика и других материалов. 

Различают несколько видов резьбы, выполняемой на таком оборудовании: 

• Плосковыемчатая – используется в основном на дереве или кости, рисунок создается посредством вырезания выемок и углублений на ровной поверхности, при помощи такой резьбы создаются несложные узоры или геометрические орнаменты.
• Плоскорельефная – подразумевает снятие фоновой поверхности с получением выпуклого рисунка.
• Рельефная – используется для создания барильефных (выпуклых) рисунков и горильефных (утопленных) узоров.
• Скульптурная – вырезание скульптур небольшого размера из различных материалов.
• Ажурная (прорезная) – узор создается путем сквозного прорезания материала. 

При выполнении художественной резьбы на ЧПУ-станке соблюдается высокое качество нанесения рисунка, и высокая скорость обработки недоступная при использовании ручного труда. К тому же конечное изделие имеет значительно меньшую себестоимость. 

Даже очень опытный резчик не сможет повторить резьбу один в один, робот в состоянии создать целую серию идентичных изделий по заданному образцу. К тому же имеющиеся на сегодняшний день программные средства для 3D-моделирования позволяют сразу увидеть конечный результат производства и задавать станку точные параметры. 

В зависимости от задач, которые планируется выполнять на ЧПУ-станках, для художественной резьбы можно подобрать необходимую модель. Специалисты фирмы-производителя или продавцы всегда дадут нужные рекомендации. Мы же можем привести общие советы по выбору такого оборудования. 

Приведем несколько полезных рекомендаций: 

• обратить внимание на мощность шпинделя (от нее во многом зависит скорость обработки материала), рекомендуемая мощность 600-800 Вт;
• у станка должна быть прочная рама – желательно с конструкционным профилем;
• станок должен иметь круглые направляющие диаметром 16-23 мм;
• уделить внимание электронике, программному обеспечению и интерфейсу – управление станком должно быть достаточно простым и понятным, с возможностью 3D-моделирования конечной детали или изделия. 

Перед покупкой нелишним будет посмотреть образцы изделий, выполненных на станках такого типа. 

ЧПУ-станки для создания сложных деталей

Сложные детали, используемые в авиационной и автомобильной промышленности, медицинские импланты, предметы протезирования, пресс-формы и штампы могут производится на станках с ЧПУ. 

Прежде всего стоит обратить внимание, что изготовление таких деталей требует многоосевой обработки, то есть выполнить работу можно только на ЧПУ-станках с 4-мя или 5-ти осями. Такое оборудование должно иметь особо прочные режущие детали, так как может возникнуть необходимость в обработке композитных материалов, стекла и тугоплавких заготовок. Чаще всего используются фрезы с твердосплавными, алмазными или корундовыми поверхностями. 

К ЧПУ-станкам для создания сложных деталей предъявляются повышенные требования к точности выполнения изделий, поэтому нужно сразу выяснять совместимость ПО станка с имеющимся на предприятии CAD – программами. 

Современные тенденции и инновации в ЧПУ-станках 

Постоянное развитие технологий и ужесточение требований к качеству требует и применения современного, инновационного оборудования. Для управления отдельным станком и линией полностью все чаще используется искусственный интеллект. 

Интеллектуальные системы управления анализируют данные о состоянии оборудования, течению рабочего процесса и состоянии климата в цеху. Это позволяет предотвратить сбои в работе станка, продлить срок эксплуатации и улучшить качественные показатели продукции. 

Внедрение многоосевого управления позволяет создавать особо сложные детали, с уникальной точностью исполнения, которая раньше была недостижима. Одной из передовых инновационных разработок стало создание гибридного станка, совмещающего в себе функционал ЧПУ-станка и 3D-принтера. Это оборудование позволяет создавать детали в процессе послойного нанесения материала с последующей шлифовкой или фрезерованием. 

Еще один пример гибридизации – совмещение станка-ЧПУ с роботами, которые загружают заготовки и выгружают готовые изделия, проводят контроль качества, выполняют работы по очистке станка. Интернет вещей (IoT) позволяет вести мониторинг состояния оборудования, отслеживать процесс производства и контролировать качество. 

Стоит отметить, что и ассортимент материалов, обрабатываемых ЧПУ-станками, стал гораздо разнообразнее. Возможность изготовления особо прочных фрез позволяет обрабатывать стекло, камень, композитные материалы и т.п. 

Разработчики представили на рынок модульные станки с ЧПУ, которые можно приспособить под любые масштабы и особенности производства используя необходимые модули. Это особенно востребовано на предприятиях малого бизнеса и при изготовлении штучных деталей или мелкосерийного производства. 

Не только крупные предприятия, но и малый бизнес нуждается в высокотехнологичном оборудовании. Высокая стоимость ЧПУ-станков оправдана комплексным подходом: в цену включены не только оборудование, но и специализированное ПО, а также сервисная поддержка. Главное преимущество — производительность: один станок заменяет 3-10 рабочих, обеспечивая при этом более точное и стабильное качество продукции. В долгосрочной перспективе это дает значительную экономию.