Обработка с ЧПУ (CNC) — это процесс, в котором используется компьютерное управление для управления станками и режущими инструментами. Аббревиатура CNC происходит от английского термина Computer Numerical Control.
В настоящее время станки с ЧПУ представляют собой наиболее эффективный метод обработки как для серийного, так и для штучного производства. Они характеризуются высокой точностью, качеством обрабатываемых поверхностей, жесткостью технологической системы и скоростью обработки.
Использование станков с ЧПУ подходит для широкого спектра материалов, включая пластмассы, дерево, стекло, металлы и композиты. Станки с ЧПУ используются в различных отраслях, таких как аэрокосмическая промышленность и другие отрасли. Более подробное определение станков с ЧПУ смотрите также здесь: Как устроены и работают станки с ЧПУ
Причины использования станков с ЧПУ:
- Повышение точности - при использовании станков с ЧПУ повышается геометрическая точность работы станков, а также геометрическая и размерная точность заготовок и обрабатываемых поверхностей;
- Улучшение качества – после обработки повышается качество получаемых поверхностей, целенаправленное воздействие волнистости, шероховатости;
- Увеличение производительности – увеличение краткосрочной, а также долгосрочной производительности станка;
- Повышение надежности – не только повышается надежность станка по сравнению с классическими традиционными методами, но и обеспечивается надежность производственного процесса, что означает долгосрочное соблюдение качества заготовок;
- Повышение эффективности – минимизация удельных затрат на станки, минимизация вспомогательного времени.
Для того чтобы обработка с ЧПУ была макасимально эффективной и достигала высокой точности заготовок и скорости обработки, необходимо использование систем CAD/CAM, которые представляют собой высочайший уровень автоматизации для технологии производства с ЧПУ.
Системы CAD/CAM используются для автоматического программирования станков с ЧПУ. Они представляют собой компьютерную поддержку проектирования изготавливаемой детали.
С помощью этих систем можно спроектировать деталь требуемых размеров и форм, а затем смоделировать производственный процесс, в котором генерируются функции движения инструментов и заготовок на станке.
В среде этих программ могут быть выбраны различные производственные условия: выбор инструментов для обработки, режимы резания, различные стратегии черновой и чистовой обработки.
Преимуществами этого метода программирования станков с ЧПУ являются его скорость, наглядность и эффективность.
Что такое CAD и CAM
CAD - Computer-aided design, Система автоматизированного проектирования, САПР.
CAD-системы комплексно решают стадию разработки и проектирования, поддерживают все виды деятельности при подготовке конструкторской документации. Он представляет собой важное средство автоматизации инженерной деятельности.
К основным компонентам CAD-системы относятся:
- Концептуальное проектирование изделия – предлагается функциональная структура изделия, его основные части, их геометрические взаимосвязи и эксплуатационные параметры;
- Инженерное проектирование – основное внимание уделяется точной геометрической форме, размерам, материалу, состоянию поверхности;
- Создание рабочего проекта – создание данных для производства в цифровом виде;
- Моделирование – здесь решаются оптимизационные расчеты, создание альтернатив строительства и их оценка;
- Связь с другими компьютерными системами.
CAM (Computer-aided manufacturing, автоматизированное производство) — это программное обеспечение, связанное с созданием программ для технологии производства ЧПУ.
В системах используются геометрические и другие данные, полученные на этапе компьютерного проектирования детали через CAD-систему. Затем эти данные используются для создания симуляций и программ.
Самые качественные и наиболее распространенные CAM-системы:
- Строятся по модульной концепции;
- Содержат библиотеки готовых постпроцессоров, которые служат для перевода сгенерированных траекторий в формы, понятные системе управления производственным станком.
- Содержат модули для моделирования производственного процесса непосредственно на ПК, что позволяет обнаруживать ошибки в программе ЧПУ.
Использование CAM-систем уже хорошо зарекомендовало себя в промышленной сфере для быстрого и эффективного создания программ ЧПУ.
В связи с бурным развитием в области информационных и коммуникационных технологий создано множество усовершенствованных дополнительных программных надстроек или непосредственно функций CAM-систем, которые служат, например, для оптимизации скорости резания, скорости подачи, расчета сил резания, анализа формирования стружки и т. д.
Свойства систем CAD/CAM
Термин "Система CAD/CAM" можно понимать на трех уровнях:
- Система CAD/CAM как компьютеризированный отдел, который обеспечивает все действия и функции, относящиеся к обеим системам CA, с подключением и прямыми связями с другими системами CAx;
- CAD/CAM как технология — использование ПК для выполнения определенных функций на этапах подготовки производства;
- CAD/CAM как программное обеспечение – генерация программ непосредственно из проекта.
К основным характеристикам систем CAD/CAM, как программного продукта, относятся:
- Сложность — возможность моделировать, загружать, функционально и проектно отлаживать, а затем производить в одной среде;
- Параметричность - создание 3D модели заставляет технолога мыслить технологично и гарантирует правильность конструкции;
- Отношения - реализация зависимости формы и размеров отдельных параметров 3D деталей через их взаимосвязи;
- Ассоциативность - изменение чертежа сразу же отражается в модели, в сборке, а также в программе ЧПУ;
- Коммуникабельность – связь с другими системами.
Благодаря технологиям CAD можно визуализировать отдельные прототипы. По сравнению с проектированием в прошлом, CAD-системы — это большой шаг вперед, главным образом потому, что можно создавать виртуальные 3D-модели, которые явно облегчают воображение, а также сильно сокращают время, необходимое для проектирования.
В большинстве CAD-систем также реализовано создание 2D-чертежной документации, которая настолько упрощена, что нет необходимости вручную чертить определенные узлы и агрегаты, а программа сделает это за нас.
Применение CAD-систем можно найти в широком спектре современных отраслей, особенно в машиностроении, авиации, электротехнике, электронике, строительстве и т.д. Это одни из основных инженерных систем, используемых в современном проектировании.
Большим преимуществом CAD-систем является то, что при проектировании и последующем анализе отдельных машин и компонентов можно оптимизировать конкретные формы, геометрию и размеры еще до начала фактического производства. Таким образом удается избежать относительно высоких экономических потерь.
На сегодняшний день существуют CAD-системы для всех основных платформ (Windows, Linux, UNIX и Mac OS X). Некоторые пакеты поддерживают несколько платформ.
В настоящее время для большинства таких программ не требуется никакого специального оборудования. Однако некоторые CAD-системы могут выполнять задачи, требующие больших графических и вычислительных ресурсов, поэтому могут быть рекомендованы современные графические карты, высокоскоростные (и, возможно, несколько) процессоры и большой объем оперативной памяти.
В промышленности можно найти бесчисленное количество программ САПР от различных коммерческих компаний. Как и в случае с любым другим программным обеспечением, для коммерческого использования программы САПР необходимо приобрести лицензию.
Каждая программа в основном основана на одном и том же принципе рисования и моделирования. В большинстве случаев они не сильно отличаются. Самые большие различия могут возникнуть в основном только в процессе создания модели, но принцип остается в основном тем же. Однако перед правильным использованием всегда необходимо ознакомиться с конкретной программой.
К наиболее известным программам САПР (CAD/CAM-системам) относятся:
- Autodesk AutoCAD;
- Autodesk Inventor;
- SolidWorks;
- PTC Creo Parametric;
- Siemens NX;
- Siemens Solid Edge;
- T-FLEX;
- Dassault Systemes;
- CATIA и многие другие.
Конечно, все перечисленные программы САПР имеют возможность создавать 3D-модели, создавать собранные сборки и создавать чертежную документацию из файлов 3D-САПР. Однако почти каждая программа также имеет множество дополнительных систем, упрощающих и оптимизирующих конкретный проект.
Смотрите также: Применение технологий трехмерной печати (3D-печать) в промышленности