В области механической обработки фрезерные станки и станки с ЧПУ (числовым программным управлением) являются часто используемым оборудованием, играющим важную роль в промышленном производстве. Хотя они относятся к категории фрезерных станков и используются для фрезерования заготовок, они значительно отличаются по техническим принципам, методам эксплуатации, возможностям обработки и другим аспектам. Понимание этих различий помогает выбирать подходящее оборудование в соответствии с конкретными потребностями обработки, тем самым повышая производительность и качество обработки.
I. Основные определения и технические принципы
(1) Фрезерный станок
Фрезерный станок — это станок, удаляющий материал за счет вращательного движения фрезы и перемещения заготовки. Его базовый принцип работы заключается в использовании окружных или торцевых режущих кромок фрезы для обработки плоских поверхностей, пазов, ступеней, формованных поверхностей и других элементов на заготовке. Традиционные фрезерные станки в основном зависят от механических передач, таких как шестерни и винтовые пары, для обеспечения подачи стола по осям X, Y и Z. Операторы должны вручную регулировать положение и скорость подачи каждой оси, контролируя процесс обработки в реальном времени, наблюдая за процессом.
(2) Станки с ЧПУ
Станки с ЧПУ — это современное оборудование для обработки, интегрирующее систему числового программного управления (ЧПУ) на основе традиционных фрезерных станков. Принцип работы заключается в программировании параметров обработки, траектории движения инструмента и других данных в программу ЧПУ, которая затем вводится в управляющую единицу. Управляющая единица обрабатывает данные и отправляет командные сигналы для контроля сервомоторов, приводя стол и шпиндель в точное движение подачи и вращения. Станки с ЧПУ могут реализовывать многокоординатное управление (то есть одновременное управление несколькими осями), позволяя обрабатывать сложные трехмерные поверхности и высокоточные детали.
II. Методы эксплуатации и уровень автоматизации
(1) Фрезерный станок
Эксплуатация фрезерного станка в значительной степени зависит от ручного труда. Операторы должны быть знакомы с механической структурой станка и рычагами управления, контролируя движение стола, запуск/остановку шпинделя и изменение скорости вращения, вручную вращая рукоятки или переключая выключатели. Во время обработки им необходимо постоянно наблюдать за состоянием обработки заготовки и вручную регулировать такие параметры, как глубина резания и скорость подачи, чтобы обеспечить качество обработки. Этот режим эксплуатации предъявляет высокие требования к уровню навыков и опыту оператора, приводит к относительно низкой производительности и затрудняет обеспечение постоянной точности обработки.
(2) Станки с ЧПУ
Станки с ЧПУ отличаются высокой степенью автоматизации. Операторы должны просто ввести подготовленную программу ЧПУ в систему управления станка, установить параметры инструмента и систему координат заготовки, а затем запустить программу; станок автоматически завершит процесс обработки в соответствии с заранее заданной программой. Во время обработки система ЧПУ постоянно отслеживает состояние работы станка и точность обработки, автоматически регулируя скорость подачи и параметры резания без вмешательства вручную. Основные обязанности оператора включают подготовку программы, установку инструментов, закрепление заготовки и мониторинг процесса обработки. Этот режим эксплуатации значительно снижает интенсивность труда, повышает производительность и точность обработки, а также минимизирует влияние человеческого фактора на качество обработки.
III. Возможности обработки и точность
(1) Фрезерный станок
Фрезерные станки имеют относительно ограниченные возможности обработки, в основном подходят для обработки простых геометрических элементов, таких как плоские поверхности, пазы и ступени. Из-за ручной подачи и механической передачи их точность обработки сильно зависит от таких факторов, как зазоры в механической передаче и уровень навыков оператора, обычно достигая класса точности IT8-IT10 и шероховатости поверхности Ra около 1,6-6,3 мкм. Им сложно удовлетворить требования к обработке сложных криволинейных поверхностей и высокоточных деталей.
(2) Станки с ЧПУ
Станки с ЧПУ обладают мощными возможностями обработки, позволяя обрабатывать различные сложные трехмерные поверхности, формы ковшей, коробчатые детали и т.д. Благодаря многокоординатному управлению они могут выполнять произвольное движение инструмента в пространстве, завершая задачи обработки, которые традиционные фрезерные станки не могут выполнять. Их точность обработки зависит в первую очередь от точности управления системой ЧПУ, разрешающей способности сервомоторов и точности механической структуры станка. Современные станки с ЧПУ могут достичь класса точности IT5-IT7, с шероховатостью поверхности Ra менее 0,8-1,6 мкм, что соответствует требованиям высокоточной обработки. Кроме того, станки с ЧПУ имеют автоматическую смену инструментов, позволяя выполнить несколько операций обработки за одно зажимание, тем самым повысив эффективность обработки и согласованность точности обработки деталей.
IV. Области применения и режимы производства
(1) Фрезерный станок
Фрезерные станки подходят для малосерийного производства, обработки простых деталей и учебных/тренировочных ситуаций. В ситуациях с низкими требованиями к точности и простыми формами деталей они обладают преимуществами простоты использования и низкой стоимости. Например, в обычных цехах механической обработки фрезерные станки часто используются для обработки основных плоских поверхностей и пазов на деталях, готовя их к последующим этапам обработки.
(2) Станки с ЧПУ
Станки с ЧПУ широко используются в обработке сложных деталей, высокоточной обработке и массовом производстве. Они незаменимы в таких отраслях, как производство пресс-форм, авиационная промышленность и производство автомобильных деталей. Они могут эффективно обрабатывать различные сложные формы пресс-форм, автомобильные панельные матрицы, лопатки авиационных двигателей и другие детали, удовлетворяя требованиям высокой точности и высокой эффективности обработки в этих отраслях. В то же время станки с ЧПУ могут интегрироваться с программным обеспечением CAD (компьютерное проектирование) и CAM (компьютерное управление производством), реализуя интегрированный процесс от проектирования деталей до обработки, повышая уровень автоматизации и интеллектуализации производства.
V. Стоимость и обслуживание
(1) Фрезерный станок
Фрезерные станки имеют относительно простую конструкцию, низкие производственные затраты и удобное обслуживание. Основные задачи технического обслуживания включают смазку механических компонентов, регулировку передач и замену инструментов. Поскольку эксплуатация зависит от ручного труда, стоимость обучения операторов относительно невелика.
(2) Станки с ЧПУ
Станки с ЧПУ имеют более высокие производственные затраты из-за интеграции передовых компонентов, таких как системы ЧПУ, сервомоторы и датчики. Их обслуживание требует квалифицированных специалистов и включает сложные задачи, такие как диагностика неисправностей системы ЧПУ, настройка сервомоторов и калибровка механических компонентов по точности. Кроме того, программные системы станков с ЧПУ требуют регулярного обновления и обслуживания для обеспечения нормальной работы. Кроме того, затраты на инструменты и подготовку программ ЧПУ также включают определенные инвестиции.
Заключение
Фрезерные станки и станки с ЧПУ значительно отличаются по определению/принципам работы, методам эксплуатации, возможностям обработки, областям применения и затратам на обслуживание. Фрезерные станки отличаются простотой эксплуатации и низкой стоимостью, подходят для малосерийной обработки простых деталей. Станки с ЧПУ, однако, обладают высокой автоматизацией, высокой точностью обработки и сильными возможностями, делая их идеальными для высокоточной и массовой обработки сложных деталей. При практическом производстве выбор между фрезерным станком и станком с ЧПУ должен основываться на конкретных требованиях к обработке, точности деталей и масштабе производства, чтобы достичь оптимальных результатов обработки и экономической выгоды. С развитием технологий станки с ЧПУ все больше расширят свою сферу применения и станут основным оборудованием в области механической обработки.
