Токарная обработка на ЧПУ — это способ изготовления деталей, при котором заготовка вращается вокруг своей оси, а режущий инструмент снимает материал по траектории, заданной управляющей программой. Технология применяется для производства валов, втулок, осей, штуцеров, колец, гаек, резьбовых элементов и множества других деталей, основу геометрии которых составляют поверхности вращения.

Короткий ответ: токарный станок с ЧПУ позволяет автоматически выполнять последовательность операций по заданной программе и получать серию деталей со стабильными размерами. По сравнению с ручным управлением особенно хорошо технология показывает себя при серийном производстве, сложной геометрии, большом количестве переходов и повышенных требованиях к повторяемости.

При этом возможности современного токарного центра не ограничиваются обычным «обтачиванием круглой заготовки». Ось C, приводной инструмент и автоматическая подача прутка позволяют объединять несколько операций и сокращать количество переустановок детали.

Как работает токарная обработка на ЧПУ

Основной принцип токарной обработки достаточно прост:

заготовка вращается, а режущий инструмент перемещается относительно неё и снимает заданный слой материала.

Но на станке с числовым программным управлением движения выполняются не вручную.

Управляющая программа задаёт:

  • траекторию инструмента;
  • координаты перемещения;
  • частоту вращения шпинделя;
  • рабочую подачу;
  • глубину проходов;
  • смену инструмента;
  • последовательность технологических операций;
  • дополнительные команды оборудования.

Перед запуском партии технолог определяет, каким способом получить нужную геометрию детали, выбирает инструмент, оснастку, режимы резания и последовательность обработки.

После наладки станок способен многократно выполнять одну и ту же программу, что особенно важно при серийном производстве.

Чем токарный станок с ЧПУ отличается от обычного токарного станка

Главное отличие — способ управления процессом.

На универсальном токарном станке значительная часть результата непосредственно зависит от действий токаря. Он вручную управляет перемещениями инструмента, контролирует размеры и выполняет необходимые переходы.

На станке с ЧПУ основные движения выполняются автоматически по заранее подготовленной программе.

Это даёт несколько важных преимуществ.

Повторяемость

После настройки технологического процесса каждая следующая деталь производится по той же программе.

Для партии это особенно важно: требуется не только изготовить первую деталь в допуске, но и сохранить необходимые размеры на десятках или сотнях последующих изделий.

Производительность

Автоматизация перемещений, смены инструмента и подачи заготовки сокращает количество ручных операций.

Особенно заметно преимущество при повторяющемся серийном производстве.

Сложная последовательность операций

Управляющая программа позволяет выполнять множество переходов последовательно без постоянного ручного управления станком.

Стабильность технологического процесса

При правильно подобранной технологии положение инструмента, режимы обработки и последовательность операций воспроизводятся от детали к детали.

Но это не означает, что ЧПУ работает полностью без человека. Технолог и оператор по-прежнему отвечают за подготовку программы, выбор инструмента, наладку, контроль износа и проверку готовых изделий.

Какие операции выполняются при токарной обработке

Современное токарное оборудование позволяет выполнять большое количество операций.

Наружное точение

Резец обрабатывает наружную поверхность вращающейся заготовки и формирует необходимый диаметр.

Так получают, например:

  • ступени валов;
  • наружные цилиндрические поверхности;
  • посадочные диаметры;
  • шейки;
  • бурты.

Внутреннее растачивание

Обрабатывается уже существующее отверстие.

Растачивание применяется, когда необходимо получить требуемый диаметр, геометрию и точность внутренней поверхности.

Подрезка торца

Инструмент формирует плоскую торцевую поверхность детали.

Такая операция используется практически во всех типах тел вращения.

Обработка канавок

На наружной или внутренней поверхности можно выполнять:

  • технологические канавки;
  • канавки под стопорные кольца;
  • выходы резьбы;
  • элементы под уплотнения;
  • другие конструктивные элементы.

Отрезка

После завершения обработки деталь может быть отделена от прутковой заготовки специальным отрезным инструментом.

Снятие фасок

Фаски необходимы для устранения острых кромок, облегчения сборки и выполнения требований чертежа.

Нарезание резьбы

На токарных станках выполняют наружные и внутренние резьбы различных размеров и профилей, если они находятся в пределах возможностей оборудования и инструмента.

Сверление

При соответствующей компоновке станка можно выполнять осевые отверстия непосредственно в процессе токарной обработки.

Обработка конических поверхностей

Перемещение инструмента одновременно по нескольким координатам позволяет получать конусы заданного угла.

Формирование сложного профиля

ЧПУ позволяет задавать траекторию инструмента по координатам и создавать фасонные поверхности, радиусы и переходы, которые значительно сложнее выполнять вручную.

Что даёт приводной инструмент и ось C

У классического токарного станка основная обработка строится вокруг вращения заготовки.

На более функциональных токарных центрах возможности расширяются за счёт оси C и приводного инструмента.

Ось C позволяет управлять угловым положением шпинделя, а приводной инструмент имеет собственное вращение.

Благодаря этому на токарном центре можно выполнять некоторые операции, которые традиционно потребовали бы отдельной фрезерной или сверлильной установки.

Например:

  • сверление отверстий не только по центральной оси;
  • обработку отдельных пазов;
  • фрезерование элементов;
  • обработку граней;
  • создание поперечных отверстий;
  • другие комбинированные операции в пределах возможностей конкретного станка.

Преимущество заключается не просто в увеличении количества доступных операций.

Чем меньше переустановок проходит деталь, тем меньше вспомогательного времени и потенциальных погрешностей базирования между операциями.

На нашем производстве для таких задач используется в том числе токарный центр CNC DS-6LS с осью C и приводным инструментом.

Что такое барфидер и зачем нужна автоматическая подача прутка

При изготовлении серийных деталей заготовкой часто служит металлический пруток.

Если каждый раз вручную:

  1. остановить станок;
  2. открыть рабочую зону;
  3. установить новую заготовку;
  4. выставить её;
  5. снова запустить цикл,

то значительная часть времени будет уходить не непосредственно на резание металла, а на вспомогательные операции.

Барфидер автоматически подаёт пруток в рабочую зону станка.

Цикл может выглядеть следующим образом:

подача прутка → обработка → отрезка готовой детали → новая подача → повторение программы.

Это особенно эффективно при изготовлении серий одинаковых деталей небольшого и среднего диаметра.

Какие детали изготавливают на токарных станках с ЧПУ

Основная область токарной технологии — изделия, геометрия которых связана с осью вращения.

Типичные примеры:

  • валы;
  • оси;
  • втулки;
  • кольца;
  • пальцы;
  • штуцеры;
  • муфты;
  • гайки;
  • шпильки;
  • винты;
  • резьбовые элементы;
  • переходники;
  • пробки;
  • втулки с внутренней резьбой;
  • корпуса цилиндрической формы;
  • детали с посадочными поверхностями;
  • нестандартные изделия по конструкторской документации.

Но определять способ изготовления только по названию детали неправильно.

Например, две втулки могут сильно отличаться по сложности. Одна представляет собой простой цилиндр с отверстием, другая может иметь несколько наружных диаметров, внутреннюю расточку, резьбу, канавку, фаски и точную посадочную поверхность.

Поэтому технологичность всегда оценивается по конкретному чертежу или 3D-модели.

Примеры изготовленных нами изделий из разных материалов можно посмотреть в разделе наши работы.

Какие детали лучше всего подходят для токарной обработки

Хороший ориентир — наличие оси вращения.

Если большую часть геометрии детали составляют:

  • цилиндры;
  • конусы;
  • круглые отверстия;
  • торцы;
  • радиусы;
  • кольцевые канавки;
  • наружные или внутренние резьбы,

то токарная обработка, скорее всего, будет одной из основных технологий её изготовления.

Если же деталь преимущественно содержит плоскости, сложные карманы и пространственные контуры, основной операцией обычно становится фрезерование.

На практике технологии часто дополняют друг друга: одну часть геометрии получают точением, другую — фрезерной обработкой.

Какие материалы можно обрабатывать на токарном станке с ЧПУ

Обрабатываемость зависит от механических и физических свойств материала.

На токарных станках работают с большим количеством металлов и инженерных пластиков.

Конструкционная сталь

Один из наиболее распространённых материалов в машиностроении.

Из различных марок сталей изготавливают:

  • валы;
  • оси;
  • втулки;
  • пальцы;
  • крепёжные элементы;
  • детали оборудования.

Конкретные режимы обработки зависят от марки стали, её состояния и требуемых параметров готовой поверхности.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали широко применяются в оборудовании и конструкциях, где важны коррозионная стойкость, температурная стойкость или специальные свойства материала.

При механической обработке они могут предъявлять повышенные требования к инструменту и режимам резания.

Алюминиевые сплавы

Алюминий и его сплавы позволяют изготавливать относительно лёгкие детали и широко применяются в машиностроении, приборостроении и других отраслях.

Но обработка конкретного сплава также требует правильно подобранного инструмента и режима.

Латунь

Латунные сплавы хорошо известны в производстве:

  • штуцеров;
  • переходников;
  • элементов арматуры;
  • резьбовых деталей;
  • различных компонентов приборов и оборудования.

Бронза

Бронзовые сплавы применяются, например, для деталей узлов трения, втулок и различных специальных изделий.

Медь

Медь востребована там, где важны высокая электро- или теплопроводность.

При обработке необходимо учитывать её пластичность и особенности конкретного сплава или состояния материала.

Инженерные пластики

На токарном оборудовании можно изготавливать детали из:

  • капролона;
  • фторопласта;
  • текстолита;
  • других обрабатываемых полимерных материалов.

При этом нельзя просто использовать для пластика режимы, рассчитанные на сталь: материал иначе реагирует на нагрев, давление инструмента и удаление стружки.

На нашем производстве обрабатываются конструкционные и нержавеющие стали, алюминий, латунь, бронза, медь, капролон, фторопласт и другие материалы в рамках возможностей оборудования.

Какая точность возможна при токарной обработке на ЧПУ

Один из самых частых вопросов звучит так:

«С какой точностью работает токарный станок с ЧПУ?»

Правильный ответ: точность определяется не одним только паспортным параметром станка.

На итоговый размер влияют:

  • состояние оборудования;
  • жёсткость системы станок–оснастка–инструмент–заготовка;
  • способ закрепления;
  • геометрия детали;
  • вылет заготовки;
  • инструмент;
  • износ режущей кромки;
  • материал;
  • температура;
  • режимы резания;
  • количество установов;
  • метод контроля.

На нашем токарном оборудовании для ряда задач обеспечивается технологическая точность до ±0,01 мм, однако возможность выдержать конкретный допуск необходимо оценивать по чертежу.

Например, требование ±0,01 мм на коротком наружном диаметре и такое же требование на длинном тонкостенном элементе — технологически разные задачи.

Поэтому корректный вопрос для производства звучит не:

«У вас станок точный?»

а:

«Можно ли изготовить именно эту геометрию с указанными на чертеже допусками?»

Что такое допуск и почему нельзя ставить минимальный допуск везде

Номинальный размер сам по себе недостаточен для изготовления точной детали.

Например:

Ø20 мм

и

Ø20 ±0,01 мм

— совершенно разные требования к производству.

Допуск задаёт допустимый диапазон отклонения фактического размера.

Чем он меньше, тем выше могут быть требования к:

  • оборудованию;
  • инструменту;
  • измерениям;
  • температурной стабильности;
  • количеству контрольных операций;
  • времени обработки.

Поэтому назначать минимальные допуски на все размеры «для надёжности» обычно невыгодно.

Точность должна быть обоснована функцией конкретного элемента детали.

Например, жёсткие требования действительно могут быть нужны для:

  • посадки под подшипник;
  • сопряжения с валом;
  • уплотнительной поверхности;
  • центрирующего диаметра;
  • другого ответственного соединения.

А для неответственного наружного размера такая точность может только увеличить трудоёмкость производства без практической пользы.

От чего зависит качество поверхности

Кроме геометрических размеров на чертеже может задаваться шероховатость поверхности.

На результат влияют:

  • подача;
  • скорость резания;
  • глубина резания;
  • геометрия режущей пластины;
  • состояние инструмента;
  • свойства материала;
  • вибрации;
  • жёсткость заготовки;
  • вид обработки — черновой или чистовой.

Поэтому точность размера и качество поверхности нельзя считать одним и тем же показателем.

Деталь может попасть в размер, но не выполнить требования по шероховатости — и наоборот.

Как проходит изготовление детали на ЧПУ

Если сильно упростить производственный процесс, можно выделить несколько этапов.

1. Анализ документации

Технолог изучает:

  • геометрию;
  • материал;
  • размеры;
  • допуски;
  • резьбы;
  • шероховатость;
  • объём партии;
  • дополнительные технические требования.

На этом этапе определяется, возможно ли изготовление и какое оборудование для этого лучше использовать.

2. Выбор заготовки

Это может быть:

  • круглый прокат;
  • труба;
  • поковка;
  • отливка;
  • мерная заготовка;
  • другой полуфабрикат.

Важно подобрать заготовку так, чтобы материала было достаточно для обработки, но при этом не создавать неоправданно большой припуск.

3. Разработка технологии

Определяются:

  • установы;
  • базирование;
  • инструменты;
  • последовательность переходов;
  • режимы обработки;
  • контрольные операции.

4. Подготовка управляющей программы

Для станка создаётся программа, по которой будут выполняться движения инструмента и технологические команды.

На сложных изделиях для подготовки программ также могут применяться CAM-системы.

Эту тему мы подробно разберём в отдельном материале.

5. Наладка

На станок устанавливаются:

  • необходимая оснастка;
  • инструмент;
  • заготовка.

Проверяются привязки и корректность программы.

6. Изготовление первой детали

Первую изготовленную деталь тщательно контролируют.

При необходимости технолог или оператор вносит корректировки.

7. Запуск партии

После подтверждения размеров начинается серийное изготовление.

Но контроль на этом не заканчивается: размеры необходимо проверять и в процессе выпуска, поскольку инструмент постепенно изнашивается, а технологическая система не является абсолютно неизменной.

Почему ЧПУ особенно эффективно при серийном производстве

Для изготовления одной простой детали время подготовки программы и наладки может занимать существенную долю всей работы.

Если же необходимо произвести 50, 100, 500 или несколько тысяч одинаковых изделий, подготовительные затраты распределяются на всю партию.

Именно здесь проявляются сильные стороны ЧПУ:

  • автоматический повтор цикла;
  • стабильная технология;
  • высокая повторяемость;
  • автоматическая подача прутка на соответствующих станках;
  • меньшая доля ручных операций;
  • возможность оптимизации времени цикла.

Поэтому для регулярных партий стоимость одной детали может снижаться по мере увеличения объёма — если конструкция и технология позволяют эффективно организовать производство.

ЧПУ означает полностью автоматическое производство?

Нет.

Числовое программное управление автоматизирует выполнение технологических команд, но результат по-прежнему зависит от людей.

В производстве участвуют:

  • конструктор;
  • инженер-технолог;
  • программист;
  • наладчик;
  • оператор;
  • специалист технического контроля.

Даже хороший станок не исправит автоматически:

  • ошибку в чертеже;
  • неправильное базирование;
  • неверно выбранный инструмент;
  • неподходящие режимы;
  • неправильную компенсацию износа;
  • ошибку в управляющей программе.

Поэтому качество механообработки определяется сочетанием оборудования, технологии и квалификации специалистов.

Что нужно передать для расчёта изготовления детали

Чем подробнее исходная документация, тем точнее можно оценить технологию изготовления.

Лучший вариант — предоставить:

  • чертёж;
  • материал;
  • количество деталей;
  • необходимые допуски;
  • требования к шероховатости;
  • покрытия или термообработку, если они нужны;
  • 3D-модель для сложной геометрии;
  • дополнительные технические требования.

Чертёж особенно важен, поскольку именно он определяет размеры и требования, по которым впоследствии можно проводить контроль готового изделия.

Если документация требует уточнений, лучше решить их до запуска производства, а не после изготовления партии.

ЧПУ или универсальный токарный станок: что выбрать

Нельзя сказать, что одна технология всегда лучше другой.

Универсальный станок может быть рационален для единичной простой работы, ремонта или операции, где подготовка полноценной программы не даёт заметного преимущества.

Станок с ЧПУ особенно эффективен, когда:

  • нужна партия одинаковых деталей;
  • геометрия содержит множество переходов;
  • требуется стабильная повторяемость;
  • производство регулярно повторяется;
  • нужно автоматизировать подачу заготовки;
  • необходимо объединить несколько операций;
  • требуется сократить влияние ручных действий на каждый цикл.

На производстве оба типа оборудования могут дополнять друг друга.

Когда токарной обработки недостаточно

Не каждая деталь может быть полностью изготовлена только точением.

Если конструкция содержит:

  • сложные плоскости;
  • глубокие фрезеруемые карманы;
  • большое количество внеосевых отверстий;
  • пространственные поверхности;
  • элементы, которые невозможно получить доступным приводным инструментом,

может потребоваться отдельная фрезерная операция.

Также в зависимости от требований используются:

  • сверление;
  • шлифование;
  • термообработка;
  • нанесение покрытий;
  • резьбонарезные операции;
  • другие технологические процессы.

Поэтому производство детали лучше рассматривать не как выбор одного станка, а как разработку оптимального технологического маршрута.

Почему технологичность детали влияет на стоимость

Две детали одинакового размера могут существенно отличаться по трудоёмкости.

На технологичность влияют:

  • количество обрабатываемых поверхностей;
  • глубина отверстий;
  • тонкие стенки;
  • количество резьб;
  • труднодоступные элементы;
  • жёсткие допуски;
  • высокая чистота поверхности;
  • количество переустановок;
  • необходимость специального инструмента;
  • свойства материала.

Поэтому стоимость изготовления нельзя достоверно определить только по весу детали или её наружному диаметру.

Для корректного расчёта прежде всего нужен чертёж.

Как повысить технологичность детали ещё на этапе проектирования

Если изделие только разрабатывается, ряд решений способен упростить последующее производство.

Полезно:

  • не назначать необоснованно жёсткие допуски;
  • использовать стандартные резьбы и размеры;
  • избегать чрезмерно глубоких узких отверстий без необходимости;
  • предусматривать доступ инструмента;
  • учитывать возможность надёжного закрепления;
  • минимизировать количество переустановок;
  • выбирать материал с учётом не только свойств готовой детали, но и технологичности обработки.

Иногда небольшое изменение конструкции практически не влияет на работу изделия, но заметно сокращает время станочной обработки и стоимость партии.

Именно поэтому при серийном производстве полезно обсуждать конструкцию детали с технологом до окончательного утверждения документации.

Токарная обработка на нашем производстве

Мы занимаемся изготовлением серийных и штучных деталей по чертежам и 3D-моделям заказчиков.

В токарном участке используются станки с ЧПУ, в том числе оборудование с автоматической подачей прутка, а также токарный центр с осью C и приводным инструментом.

Работаем с:

  • конструкционными сталями;
  • нержавеющими сталями;
  • алюминиевыми сплавами;
  • латунью;
  • бронзой;
  • медью;
  • капролоном;
  • фторопластом;
  • другими материалами после оценки технологичности.

Контроль выполняется в процессе производства и после изготовления деталей.

Если требуется изготовить партию изделий, можно посмотреть подробные возможности токарной обработки на станках ЧПУ и передать нам чертёж или 3D-модель для технологической оценки.

Главное о токарной обработке ЧПУ

Токарная обработка на ЧПУ лучше всего подходит для деталей, основная геометрия которых формируется вокруг оси вращения.

Технология позволяет:

  • выполнять наружное и внутреннее точение;
  • получать цилиндрические и конические поверхности;
  • обрабатывать торцы;
  • выполнять канавки и фаски;
  • нарезать резьбы;
  • сверлить и растачивать отверстия;
  • автоматически повторять производственный цикл;
  • обеспечивать стабильность размеров в серии.

Современные токарные центры с приводным инструментом дополнительно позволяют выполнять часть фрезерных и сверлильных операций без переноса детали на другой станок.

Но итоговый результат определяется не только оборудованием. Не менее важны правильный чертёж, технологический процесс, заготовка, режущий инструмент, программа, наладка и контроль.

Поэтому при заказе детали самый полезный первый шаг — передать производству конструкторскую документацию и требования к партии. Уже после этого можно определить оптимальный способ изготовления, оборудование, сроки и технологический маршрут.

Часто задаваемые вопросы

Что такое токарная обработка на ЧПУ?

Это механическая обработка, при которой заготовка вращается, а режущий инструмент перемещается по траектории, заданной управляющей программой. Метод используется прежде всего для изготовления деталей с цилиндрическими, коническими, торцевыми и резьбовыми поверхностями.

Какие детали можно изготовить на токарном станке с ЧПУ?

Типичные изделия — валы, втулки, оси, кольца, пальцы, штуцеры, муфты, гайки, переходники, резьбовые элементы и другие детали, геометрия которых связана с осью вращения.

Какие операции выполняются на токарном станке ЧПУ?

На токарном оборудовании выполняют наружное точение, растачивание, подрезку торцов, обработку канавок и фасок, сверление, нарезание наружной и внутренней резьбы, отрезку и обработку фасонных поверхностей. Возможности конкретного станка зависят от его комплектации.

Какая точность возможна при токарной обработке на ЧПУ?

Она зависит от оборудования, материала, геометрии детали, закрепления, инструмента и других факторов. На нашем оборудовании для ряда операций доступна технологическая точность до ±0,01 мм, однако возможность выполнения конкретного допуска всегда оценивается по чертежу.

Чем токарный станок с ЧПУ отличается от универсального?

На универсальном станке перемещениями инструмента в значительной степени вручную управляет токарь. На ЧПУ основные движения и последовательность операций выполняются автоматически по управляющей программе, что особенно эффективно при серийном выпуске и сложной последовательности переходов.

Какие материалы обрабатывают на токарных станках с ЧПУ?

Обрабатываются конструкционные и нержавеющие стали, алюминиевые и медные сплавы, латунь, бронза, медь, а также инженерные пластики, включая капролон и фторопласт. Для каждого материала подбираются свои инструменты и режимы резания.

Когда выгодно использовать токарную обработку на ЧПУ?

Особенно хорошо технология подходит для серий одинаковых деталей, сложной геометрии, большого количества технологических переходов и изделий, где важна стабильная повторяемость размеров.

Что нужно отправить для расчёта изготовления детали?

Оптимально предоставить чертёж, материал, количество изделий и технические требования. Для сложных деталей дополнительно полезна 3D-модель.