Сколько стоит обработка с ЧПУ по сравнению с ручной обработкой?

Statista (данные за 2022 год) оценивает, что на долю станков с ЧПУ приходится более 70% процессов прецизионной обработки в промышленно развитых странах, а ручная обработка отходит на второй план. Это совсем не удивительно благодаря точности, способу управления и качеству продукции.

Тем не менее, я обнаружил, что некоторые образцы заказов требуют ручной обработки. Поэтому этот текст начнется с одного из наших реальных случаев, а затем перейдет к введению как ЧПУ, так и ручной обработки. После ознакомления с ними мы перечислим особенности, плюсы и минусы для окончательного сравнения между обработкой с ЧПУ и ручной обработкой. Наконец, мы упомянем о сочетании методов ЧПУ и ручной обработки. А в конце этого блога мы приведем краткие ответы на часто задаваемые вопросы в Интернете. А теперь давайте погрузимся в него.

Один особый случай, связанный с нашими заказами

В прошлом месяце компания Johnson разместила у нас заказ на высокоточные роторы гироскопов, которые будут использоваться в их исследовательском проекте по созданию навигационной системы. И мы требуем, чтобы их шероховатость поверхности Ra должно быть ниже 0,008 мкм. После обработки с ЧПУ на заводе, мы услышали, что Ra не может достичь стандарта, хотя оператор действительно осторожен. В итоге нам пришлось прибегнуть к ручной полировке, чтобы устранить слой остаточного напряжения, образовавшийся в результате обработки с ЧПУ, путем послойного удаления материала. На этот раз отчет показал хорошие данные по всем параметрам, включая Ra. И Джонсон остался доволен элементами. Видите? В какой-то степени ручные станки не бесполезны.

Здесь некоторые люди могут быть в замешательстве: насколько действительно важна обработка с ЧПУ по сравнению с ручной обработкой? Я думаю, что это хороший вопрос. И мы должны знать, что они собой представляют, прежде чем сравнивать.

Что такое обработка с ЧПУ?

В начале 1950-х годов новаторское сотрудничество между исследовательской группой Парсонса и лабораторией сервомеханизмов Массачусетского технологического института привело к созданию первого в мире прототипа станка с числовым программным управлением (ЧПУ). Эта новаторская система использовала цифровые сигналы, чтобы диктовать точные траектории движения режущих инструментов. Несомненно, это ознаменовало значительный скачок к полностью автоматизированным производственным процессам. В течение последующего десятилетия, благодаря неустанному технологическому прогрессу и итеративным усовершенствованиям, эта ранняя технология ЧПУ превратилась в сложные системы компьютерного числового управления (ЧПУ), которые мы видим сегодня.

Обработка с компьютерным числовым программным управлением (ЧПУ), сокращенно CNC, - это передовой метод производства. Как видно из полного названия, операции с ЧПУ полностью зависят от компьютерных программ в виде G-кодов. Это способствует способности обрабатывать сложные геометрические формы и сложные конструкции. Неважно Фрезерование с ЧПУ, Токарная обработка с ЧПУ или сверления, он работает точно, стабильно и экономично, особенно при больших объемах продукции.

Некоторые люди могут также слышать о системе ЧПУ 3+2. Речь идет о многоосевом ЧПУ. В общем случае многоосевой станок может иметь оси A и C, работающие вместе. Или же станок может иметь только оси A или C. Даже может не быть никаких осей A или C, только базовая ось X-Y-Z. Например, станки с ЧПУ, которые "объединяют три линейные оси (X, Y, Z) с двумя вращательными осями (например, A, C)", мы называем станками с ЧПУ 3+2 или 5-осевыми станками с ЧПУ. А те, которые "объединяют три линейные оси (X, Y, Z) с одной осью вращения (например, A или C)", называются 4-осевыми станками с ЧПУ.

В отличие от них, трехкоординатные станки с ЧПУ оснащены исключительно линейными осями X, Y и Z. Они представляют собой наиболее фундаментальную и широко используемую конфигурацию благодаря простоте конструкции и относительно низкой стоимости. Поэтому они способны выполнять только базовые задачи по обработке деталей, такие как обычные операции с плоскими поверхностями и обработка отверстий.

Виды обработки с ЧПУ

Фрезерование с ЧПУ

Фрезерование с ЧПУ - это субтрактивная технология производства, объединяющая принципы традиционного фрезерования с передовым компьютерным числовым программным управлением (ЧПУ). В этом процессе используется высокоскоростной вращающийся режущий инструмент для точного вырезания материала из твердой заготовки - металла, пластика, дерева или композита - для производства сложных компонентов и готовых изделий.

Токарные станки с ЧПУ

В отличие от фрезерных станков с ЧПУ, используемых для обработки пазов и зубчатых колес, токарные станки с ЧПУ предназначены в первую очередь для изготовления вращающихся деталей, таких как валы, втулки, диски и резьба. Принцип их работы заключается во вращении заготовки при неподвижном или линейном перемещении режущего инструмента для выполнения таких операций, как точение, растачивание, торцевание и нарезание резьбы. Поэтому мы можем легко представить себе причину, по которой он хорошо подходит для обработки вращающихся деталей.

Кроме того, токарные станки с ЧПУ обычно стоят дешевле фрезерных станков с ЧПУ. Благодаря возможности многоосевой обработки и сложному управлению движением они обеспечивают относительно более высокую эффективность производства. В сочетании с высокой точностью обработки токарные станки с ЧПУ идеально подходят для высокоточного производства традиционных цилиндрических и конических деталей.

EDM

Однако не все компоненты имеют такую же форму, как диски и резьба. Так как же сложные, сверхтвердые компоненты, такие как аэрокосмические сопла или лопатки турбин, создаются с таким совершенством? Знакомьтесь: Электроэрозионная обработка (EDM) работает. Это увлекательный процесс бесконтактной обработки, который тщательно формирует материалы с помощью тщательно контролируемых электрических искр. Закаленная сталь, карбид вольфрама или экзотические сплавы - EDM бесстрашно вырезает тонкие отверстия для охлаждения в лопастях реактивных двигателей, создает лабиринтные полости для литьевых форм или пробивает топливные сопла странной формы для космических кораблей. Поэтому она идеально подходит для сложных геометрических форм, тонких стенок и сверхточных (±0,005 мм) деталей без механических напряжений.

Сравнение между фрезерными, токарными и электроэрозионными станками с ЧПУ

Фрезерные станки с ЧПУ, токарные станки и EDM - это обработка с ЧПУ, которая основана на вычислениях. И мы составляем убедительную таблицу для вашего уточнения.

	Фрезерование с ЧПУ	Токарный станок с ЧПУ	EDM
Эффективность производства	Высокий	Высокий	От низкого до умеренного
Точность	±0,005 мм	±0,005 мм	±0,002 мм
Стоимость машины	От среднего до высокого	Средний	Высокий
Количество лома	Умеренный	Низкий (постоянный поворот)	Низкий
Совместимость материалов	Металлы, пластмассы и композиты	Металлы, пластмассы	Проводящие материалы
Наиболее подходящие детали	3D-контуры, карманы, прорези	Вращающиеся/симметричные детали	Замысловатые детали, упрочненные материалы

Что такое ручная обработка?

Значительно отличается от Обработка на станках с ЧПУРучная обработка - это ремесленный процесс, который включает в себя придание нужного размера и формы сырьевым материалам, например, металлам, с помощью ручных инструментов, таких как токарные станки, сверлильные прессы и портативные фрезерные станки. Как правило, она служит продолжением кустарного ремесла, сочетая творческие способности человека со специализированным оборудованием. Например, изготовление на заказ деталей авиационных двигателей со сложными допусками является примером незаменимой ценности ручной обработки.

Case Study Between CNC Machining Vs. Ручная обработка

В следующей части мы проследили процессы обработки с ЧПУ и ручной обработки двух похожих валов-шестерен для сельскохозяйственной машины. Мы рассмотрели различия, преимущества и недостатки этих двух видов обработки с разных точек зрения.

Ручная обработка валов сельскохозяйственных передач

Обзор процесса

Операторы выбирают в качестве сырья среднеуглеродистую сталь (сталь 1045) и разрезают ее на отрезки нужной длины с помощью электроножовки и горизонтальной ленточной пилы. Тем временем он рассчитывал ключевые параметры с помощью логарифмической линейки. Как показала моя запись, он должен был использовать формулу для получения диаметра шага (D), а затем совместить значение модуля на шкале C логарифмической линейки с количеством зубьев на шкале D. Кроме того, он должен был рассчитать скорость резания (V) и установить \( D \) на внешней шкале логарифмической линейки против числа оборотов на внутренней шкале. Только после завершения расчетов можно запускать токарный станок.

Тогда ему следует установить заготовку в трехкулачковый патрон и выполнить черновое точение, чтобы удалить лишний материал. Звучит сложно. Затем он должен использовать твердосплавные резцы для чистовой обработки, чтобы добиться допуска 0,05 мм.

Для нарезания зубчатых колес по-прежнему используются ручные инструменты, фрезерный станок. Установка, расчет индекса и настройка индексной пластины - все это сделано его руками.

В завершение он закалил зубья шестерен методом индукционной закалки до твердости 50-55 HRC.

Наш обзорный стол

Выпуск	Оценка/значение
Шероховатость поверхности	8/10
Скорость производства（Пики/час）	2
Опыт работы оператором (годы)	12
Уровень квалификации оператора	9/10

Итоговый тест

Пара.	Стандарт	Результат теста	Зачет/незачет
Шероховатость поверхности (Ra)	≤1,6 мкм	1,8 мкм	Провал
Испытание на твердость по Роквеллу (HRC)	50-55	52	Пройти
Допуск на внешний диаметр	±0,05 мм	+0,03 мм	Пройти
Суммарная ошибка угла продольного наклона	≤0,02 мм	0,015 мм	Пройти
Ошибка коаксиальности	≤0,01 мм	0,008 мм	Пройти

Обработка с ЧПУ для сельскохозяйственных зубчатых валов

Обзор процесса

Если речь идет об обработке на станке с ЧПУ, то процесс будет более автоматическим. Сначала оператор использовал SolidWorks и AutoCAD для проектирования вала-шестерни, определяя параметры, включая модуль (m), количество зубьев (z), угол давления (α) и угол спирали (β). В то же время он рассчитал геометрические параметры, включая диаметр шага, диаметр корня и глубину резания. Затем используйте калькулятор параметров зубчатых колес или формулы для проверки размеров.

Следующий этап - это ключевой процесс, программирование CAM и моделирование траектории инструмента. Это означает, что операторы генерируют G-код с помощью программного обеспечения CAM и вводят параметры. После этого начинается обработка на станке с ЧПУ.

Начиная с выдержки и заканчивая черновым точением, зубофрезерованием, шлифованием и контролем качества - все это быстрее, чем ручная обработка.

Наш обзорный стол

Выпуск	Оценка/значение
Шероховатость поверхности	8/10
Скорость производства（Пики/час）	5
Опыт работы оператором (годы)	5
Уровень квалификации оператора	9/10

Итоговый тест

Пара.	Стандарт	Результат теста	Зачет/незачет
Шероховатость поверхности (Ra)	≤1,6 мкм	0,8 мкм	Пройти
Испытание на твердость по Роквеллу (HRC)	58-62	60	Пройти
Точность профиля зуба	±0,02 мм	+0,015 мм	Пройти
Радиальное биение наконечника зуба	≤0,03 мм	0,002 мм	Пройти
Равномерность модуля	m=3±0.01	m=3.005	Пройти

Сравнение между обработкой с ЧПУ и ручной обработкой

Мы также подвели итоги сравнения характеристик, рассмотрев два вышеупомянутых случая.

Точность, воспроизводимость и обеспечение качества

Как мы и ожидали, обработка с ЧПУ отличается высокой точностью и повторяемостью. Неудивительно, что конечный продукт, изготовленный с помощью ЧПУ, лучше по показателю Ra, чем при ручной обработке. Если глубоко задуматься, то дело в том, что природа операций с ЧПУ обеспечивает минимальное отклонение от проектных спецификаций, а управляемые компьютером движения исключают человеческий фактор.

Масштабы производства и экономическая эффективность

Судя по таблице обзора, один человек-рабочий может производить 5 изделий в час. Просто потому, что, по нашим наблюдениям, он требует минимального вмешательства человека в процесс. И наоборот, ручная обработка оптимизирована для низких и средних объемов производства. По моим данным, один человек может изготовить только 2 детали в час. Таким образом, станки с ЧПУ подходят для массового производства с низкими трудозатратами и меньшим временем, в то время как ручной способ подходит для изготовления одного или двух образцов.

Наборы навыков и оперативные требования

Операторы ЧПУ лучше разбираются в вычислительной технике и автоматизации производства, в то время как операторы ручного труда владеют практическими приемами.

Оператор ЧПУ, о котором пойдет речь в нашем обзоре, хорошо разбирается в настройках, интегрирующем программировании, устранении технических неполадок и эксплуатации станка. Он имеет пятилетний опыт работы в этой сфере. 

Оператор ручной обработки хорошо разбирается в режущих инструментах, свойствах материалов и практических приемах. Кроме того, он может интерпретировать технические чертежи, выбирать подходящие инструменты и вручную управлять параметрами резки - процесс, который опирается на интуитивное суждение, отточенное за 12 лет опыта.

Снижение рисков качества и адаптивность

Присущая системе ЧПУ повторяемость снижает риски качества в областях с высокой степенью согласованности, таких как производство медицинского оборудования, где единообразие не является обязательным условием. Отсутствие вариативности от оператора к оператору обеспечивает строгое соблюдение запрограммированных параметров в каждом цикле, сводя к минимуму количество дефектов.

Однако ручная обработка требует упреждающего контроля качества, чтобы компенсировать ее непостоянство. Например, износ инструмента или легкое дрожание руки могут привести к отклонениям, что требует проведения контроля после обработки.

Недостатки и преимущества обработки с ЧПУ по сравнению с ручной обработкой

Из приведенного выше обзора мы сделали следующие выводы о плюсах и минусах обработки с ЧПУ по сравнению с ручной обработкой.

	Обработка с ЧПУ	Ручная обработка
Взаимозаменяемость и точность готовых изделий	Высокий	Требуется пользовательское сопряжение
Эффективность производства	Высокий	Низкий
Применяемые материалы	Металлы/пластики/композитные материалы	Металл/АБС/дерево/Г10
Образование отходов	Меньше	Подробнее
Расходы на оплату труда	Низкий	Высокий
Производственная безопасность	Высокий	Низкий
Сложность обслуживания	Высокий	Низкий
Затраты на оборудование	Высокий	Низкий
Корректировки в режиме реального времени	Трудности	Легко
Лучше всего подходит для	Массовое производство	Единичное/мелкосерийное производство

Преимущества обработки с ЧПУ

1. Скорость производства

Станки с ЧПУ никогда не устают. Они могут работать без перерыва, пока готовы вычисления и подготовка. Это позволяет сэкономить много времени для производства большего количества продукции. Во-вторых, благодаря автоматизации один оператор может обслуживать несколько станков для одновременного производства нескольких продуктов. Это еще одна ключевая причина высокой скорости производства.

2. Повторяемость

Повторяемость обеспечивает высокую точность и взаимозаменяемость изделий. Поскольку действие обработки с ЧПУ сильно зависит от вычислительного кода, она не может внести какую-либо ошибку, отличающуюся от направления кода. Кроме того, конечный продукт полностью идентичен друг другу, поэтому пользователи могут заменить компонент на другой в той же партии.

3. Снижение стоимости рабочей силы

Одновременно несколько процессов обработки с ЧПУ может выполнять всего один человек. Это позволяет в несколько раз сэкономить на оплате труда. 

4. Сложные конструкции

Программное обеспечение CAD (Computer-Aided Design)/CAM (Computer-Aided Manufacturing) станков с ЧПУ позволяет производителям создавать сложные конструкции, включая многоосевые контуры и кривые.

Недостатки обработки с ЧПУ

1. Высокие первоначальные затраты

Первоначальные инвестиции в станки с ЧПУ выше, поскольку высока стоимость оборудования и установки. Станок с ЧПУ имеет большие размеры и содержит множество автоматических деталей. Даже сам станок должен быть оснащен высокотехнологичными модулями для восприятия кода. Обычно только профессиональный персонал может установить этот большой и сложный станок, что приводит к увеличению стоимости установки.

2. Высокая стоимость обслуживания

Хотя вероятность поломки при использовании этих машин ниже, если она произойдет, решить проблему смогут только высококвалифицированные специалисты. Кроме того, необходимо оплатить установку.

3. Навыки программирования

Поскольку станки с ЧПУ работают на основе специальных кодов, вам нужен опытный программист, который создаст и настроит эти коды. Они должны быть хорошо образованы благодаря профессиональному обучению.

Преимущества ручной обработки

1. Низкая стоимость

Первоначальная стоимость инвестиций в ручные станки ниже. Без высоких технологий инструмент и станки для ручной обработки не так дороги. Благодаря своей доступности ручные станки подходят для небольших производств с ограниченным бюджетом.

2. Отсутствие необходимости в программировании

Если нет работника, который бы хорошо справлялся с программированием, то ручная обработка - идеальный вариант в данной ситуации.

3. Простое обслуживание

Благодаря простой конструкции ручного станка, его легче обслуживать в случае возникновения неисправностей. Кроме того, стоимость обслуживания будет недорогой.

4. Лучшая настраиваемость

Ручные фрезерные станки обычно используются для разовых проектов. Благодаря тому, что управление осуществляется человеком, а не кодом, эти станки обладают большой гибкостью и адаптивностью в производственном процессе.

Недостатки ручной обработки

1. Низкая скорость производства

Ручная обработка требует больше человеческого труда. Один оператор может обслуживать только одно изделие. Он должен вручную контролировать точность. На это уходит много времени и сил. Кроме того, людям нужно не только делать перерывы в работе, но и брать отпуск во время традиционных праздников. В это время производство в цехе ручной обработки не ведется. 

2. Высокий процент ошибок из-за человеческого фактора

Из-за большой зависимости от оператора ручным станкам не хватает точности. Другими словами, возможно производство некачественной конечной продукции. И риск переделки будет выше.

3. Высокая зависимость от квалификации работников

Оператор должен владеть техникой ручного труда, от которой в значительной степени зависят производительность и качество продукции. Однако овладение этими необходимыми навыками требует не только знаний, но и многолетнего практического опыта. А это не так-то просто.

Как насчет гибрида обработки с ЧПУ и ручной обработки?

Гибрид обработки на станках с ЧПУ и ручного труда означает использование станков с компьютерным управлением для выполнения точных задач с добавлением человеческих навыков для отделки или корректировки, что создает сбалансированный подход к производству. Например, станок с ЧПУ вырезает металлическую деталь с высокой точностью, затем рабочий вручную полирует ее края для гладкости и, наконец, проверяет и подправляет такие детали, как отверстия или резьба, чтобы добиться совершенства.

Этот гибридный метод хорошо подходит для индивидуальных проектов, таких как изготовление сложных ювелирных изделий, когда ЧПУ создает базовую форму, а мастера добавляют выгравированные вручную узоры, или для ремонта двигателей старинных автомобилей, когда новые детали обрабатываются на ЧПУ и вручную подгоняются к старым компонентам. Кроме того, этот метод идеально подходит для создания прототипов гаджетов, сочетая быстрое производство пластиковых корпусов с ЧПУ с ручной сборкой крошечных электронных деталей, что позволяет экономить время, сохраняя качество и гибкость.

Заключение

В итоге я хотел бы придать значение 70% обработке с ЧПУ и 30% - ручной обработке.

О компании SogaWorks

SogaWorks - это универсальная онлайн-платформа для изготовления механических деталей на заказ, объединяющая более 1 000 лучших заводов для обслуживания стартапов и крупных компаний. Мы предлагаем гибкие производственные решения для быстрого создания прототипов, мелкосерийного тестирования и крупносерийного производства с такими услугами, как обработка на станках с ЧПУ, 3D-печать, изготовление листового металла, литье уретана и литье под давлением. Благодаря нашему механизму котирования, работающему на основе искусственного интеллекта, SogaWorks может предоставлять котировки за 5 секунд, подбирать лучшие мощности и отслеживать каждый шаг. Это сокращает сроки поставки и повышает качество продукции.

Вопросы и ответы

1. Где следует использовать ручную обработку?

Ручная обработка идеальна, когда станки с ЧПУ заняты срочным изготовлением небольших партий. Кроме того, она необходима для выполнения специализированных задач, выходящих за рамки стандартных настроек ЧПУ, например, для конфигураций с наклонной станиной, требующих уникальных углов наклона инструмента.

2. Какие факторы следует учитывать, прежде чем выбрать ЧПУ или ручную обработку?

Выбирая между ЧПУ и ручной обработкой, учитывайте сложность детали, бюджет, объем и время: ЧПУ отлично подходит для сложных конструкций, жестких допусков и больших партий, несмотря на более высокие первоначальные затраты, в то время как ручная обработка подходит для простых геометрических форм, небольших объемов и ограниченных бюджетов, но требует больше труда и времени. Приоритет точности и эффективности для сложных и крупносерийных проектов отдается ЧПУ, в то время как ручное управление обеспечивает гибкость для более простых и мелких задач. Если вы все еще не уверены, как выбрать ЧПУ или ручную обработку, пожалуйста, свяжитесь с нами.

3. Каковы области применения обработки с ЧПУ по сравнению с ручной обработкой? Ручная обработка?

Обработка с ЧПУ идеально подходит для крупносерийного производства, например, автомобильных деталей, точного прототипирования и быстрого изготовления инструментов из прочных материалов. А ручная обработка подходит для небольших проектов, художественного оформления и срочного ремонта благодаря своей гибкости и отсутствию необходимости в кодировании.