Co to jest frezowanie CNC?

Co to jest frezowanie CNC?

Frezowanie CNC, pełna nazwa to Computer Numerical Control Milling, to proces obróbki, który wykorzystuje sterowane komputerowo i obrotowe wielopunktowe narzędzia tnące, aby stopniowo usuwać materiał z przedmiotu obrabianego i wytwarzać zaprojektowaną na zamówienie część lub produkt. Proces ten nadaje się do obróbki różnych materiałów, takich jak metal, plastik, drewno, oraz produkcji różnorodnych niestandardowych części i produktów.
W ramach usług precyzyjnej obróbki CNC dostępnych jest wiele możliwości, w tym obróbka mechaniczna, chemiczna, elektryczna i termiczna. Frezowanie CNC to proces mechaniczny, który obejmuje wiercenie, toczenie i różne inne procesy obróbki, co oznacza, że ​​materiał jest usuwany z przedmiotu obrabianego za pomocą środków mechanicznych, takich jak działanie narzędzia tnącego frezarki.
Artykuł skupia się na procesie frezowania CNC, nakreślając podstawy procesu, a także podzespoły i narzędzia frezarki CNC. Ponadto w tym artykule omówiono różne operacje frezowania i przedstawiono alternatywy dla procesu frezowania CNC.

Definicja Millinga

Co to jest frezowanie? Jest to rodzaj obróbki, który wykorzystuje narzędzie do kształtowania przedmiotu obrabianego na stole, który zwykle jest ruchomy, chociaż niektóre frezarki mają również narzędzia ruchome. Frezowanie było pierwotnie operacją ręczną wykonywaną przez pracowników, ale obecnie większość frezowania odbywa się za pomocą frezarek CNC, które wykorzystują komputery do nadzorowania procesu frezowania. Frezowanie CNC może zapewnić większą precyzję, dokładność i produktywność, ale są sytuacje, w których przydatne może być frezowanie ręczne. Frezowanie ręczne wymaga dużych umiejętności technicznych i doświadczenia, co skraca czas realizacji. Dodatkową zaletą jest to, że ręczne frezarki są tańsze, a użytkownicy nie muszą się martwić o programowanie maszyny.

Przegląd frezowania CNC

Podobnie jak większość tradycyjnych mechanicznych procesów obróbki CNC, procesy frezowania CNC wykorzystują sterowanie komputerowe do obsługi i manipulowania obrabiarkami, które wycinają i formują półfabrykaty. Dodatkowo proces przebiega według tych samych podstawowych etapów produkcji, co wszystkie procesy obróbki CNC, w tym:

• Projektowanie modeli CAD
• Konwertuj modele CAD na programy CNC
• Konfiguracja frezarki CNC
• Wykonaj operację frezowania

Co to jest frezowanie CNC?

Połączenia frezowanie CNC proces rozpoczyna się od stworzenia projektu części CAD 2D lub 3D. Kompletny projekt jest następnie eksportowany do formatu pliku zgodnego z CNC i konwertowany przez oprogramowanie CAM na program maszyny CNC, który dyktuje ruch maszyny i ruch narzędzia po obrabianym przedmiocie. Przed uruchomieniem programu CNC operator przygotowuje frezarkę CNC mocując obrabiany przedmiot do powierzchni roboczej obrabiarki (tj. stołu) lub do uchwytu obrabianego przedmiotu (np. imadło) i mocując frez do maszyny wrzeciono narzędziowe. Proces frezowania CNC wykorzystuje wydajne frezarki poziome lub pionowe CNC – w zależności od specyfikacji i wymagań aplikacji frezarskiej – a także obrotowe wielopunktowe (tj. wielozębne) narzędzia tnące, takie jak frezy i wiertła. Gdy maszyna jest gotowa, operator uruchamia program za pośrednictwem interfejsu maszyny, który zachęca maszynę do wykonania operacji frezowania.

Po zainicjowaniu procesu frezowania CNC obrabiarka zaczyna obracać narzędzie skrawające z prędkością do kilku tysięcy obrotów na minutę. W zależności od rodzaju używanej frezarki i wymagań aplikacji frezarskiej, gdy narzędzie zagłębia się w obrabiany przedmiot, maszyna wykona jedną z następujących czynności, aby wykonać niezbędne cięcia na obrabianym przedmiocie:

1. Powoli wsuwaj obrabiany przedmiot do nieruchomego obracającego się narzędzia
2. Przesuwanie narzędzia na nieruchomym przedmiocie obrabianym
3. Względny ruch narzędzia i przedmiotu obrabianego

W przeciwieństwie do ręcznego procesu frezowania, w frezowaniu CNC obrabiarka zwykle podaje ruchomy przedmiot obrabiany przez obrót narzędzia skrawającego, a nie przez obrót narzędzia skrawającego. Operacje frezowania, które są zgodne z tą konwencją, nazywane są operacjami frezowania wznoszącego, podczas gdy przeciwna operacja nazywana jest konwencjonalnymi operacjami frezowania.
Ogólnie rzecz biorąc, frezowanie najlepiej nadaje się jako proces pomocniczy lub wykańczający obrabianego przedmiotu w celu zdefiniowania cech części, takich jak otwory, szczeliny i gwinty, lub do wytworzenia cech części. Jednak proces ten można również wykorzystać do kształtowania materiału wyjściowego od początku do końca. W obu przypadkach proces frezowania stopniowo usuwa materiał, aby uzyskać pożądany kształt i formę części. Najpierw narzędzie wycina małe kawałki lub wióry z przedmiotu obrabianego, aby uzyskać przybliżony kształt. Obrabiany przedmiot jest następnie frezowany w wyższym harmonogramie i z większą precyzją, aby wykończyć część z jej precyzyjnymi cechami i specyfikacjami. Często gotową część trzeba kilkakrotnie obrabiać, aby osiągnąć pożądaną dokładność i tolerancje. W przypadku części o bardziej złożonych geometriach, po zakończeniu operacji frezowania i wyprodukowaniu części zgodnie z niestandardowymi specyfikacjami, frezowana część przechodzi do etapu wykańczania i obróbki końcowej.
Operacja frezowania CNC

frezowanie CNC to proces obróbki odpowiedni do wytwarzania precyzyjnych części o wysokiej tolerancji w prototypach, jednorazowych oraz małych i średnich seriach produkcyjnych. Podczas gdy części są zwykle produkowane z tolerancjami od +/- 2 włókien do +/- 10 włókien, niektóre frezarki mogą osiągnąć tolerancje tak wysokie, jak +/- 1 włókno lub nawet wyższe. Wszechstronność procesu frezowania pozwala na zastosowanie go w wielu gałęziach przemysłu i do różnych cech i projektów części, w tym rowków, fazowań, gwintów i kieszeni. Do najczęstszych operacji frezowania CNC należą:

• Frezowanie twarzy
• Frezowanie płaskie
• Frezowanie kątowe
• Frezowanie form

frezowanie czołowe

Frezowanie czołowe, w którym oś obrotu narzędzia skrawającego jest prostopadła do powierzchni przedmiotu obrabianego. Ta metoda wykorzystuje frez czołowy, który ma zęby zarówno na obwodzie, jak i na czole narzędzia, przy czym zęby na obwodzie są używane głównie do cięcia, a zęby czołowe do zastosowań wykończeniowych. Zazwyczaj frezowanie czołowe jest używane do tworzenia płaskich powierzchni i konturów na wykończonej części i umożliwia uzyskanie wyższej jakości wykończenia niż inne procesy frezowania. Proces ten wspomagają zarówno frezarki pionowe, jak i poziome.
Rodzaje frezowania czołowego obejmują frezy palcowe i boczne, które wykorzystują odpowiednio frezy palcowe i boczne.

Frezowanie płaskie

Frezowanie czołowe, zwane również frezowaniem czołowym lub frezowaniem płyt, w którym oś obrotu narzędzia skrawającego jest równoległa do powierzchni przedmiotu obrabianego. Proces wykorzystuje zwykłe zęby frezu do wykonywania operacji skrawania na obwodzie. W zależności od specyfikacji aplikacji frezowania, takich jak głębokość skrawania i wielkość przedmiotu obrabianego, dostępne są frezy wąskie i szerokie. Wąskie noże pozwalają na głębsze cięcia, a szerokie noże mogą być używane do cięcia większych powierzchni. Jeśli aplikacja do frezowania czołowego wymaga usunięcia dużej ilości materiału z przedmiotu obrabianego, operator zaczyna od użycia frezu o grubych zębach, małych prędkości skrawania i dużych posuwów, aby uzyskać przybliżoną geometrię niestandardowej części. Operatorzy wprowadzają następnie frezy o drobniejszych zębach, szybsze prędkości skrawania i wolniejsze posuwy, aby wyprodukować szczegóły gotowej części.

Frezowanie kątowe

Frezowanie kątowe polega na tym, że oś obrotu narzędzia skrawającego jest ustawiona pod kątem w stosunku do powierzchni przedmiotu obrabianego. Proces wykorzystuje jednokątowe frezy (nachylone zgodnie z konkretnym obrabianym projektem) do tworzenia elementów kątowych, takich jak fazowania, ząbki i rowki. Powszechnym zastosowaniem do frezowania kątowego jest produkcja wczepów na jaskółczy ogon, w których stosuje się frezy na jaskółczy ogon 45°, 50°, 55° lub 60° w zależności od konstrukcji jaskółczego ogona.

Frezowanie form

Frezowanie profilowe odnosi się do operacji frezowania obejmujących nieregularne powierzchnie, kontury i profile, takie jak części o zakrzywionych i płaskich powierzchniach lub całkowicie zakrzywione powierzchnie. Proces wykorzystuje frezy profilowe lub muchowe przeznaczone do określonych zastosowań, takie jak frezy wypukłe, wklęsłe i narożne do zaokrąglania. Niektóre typowe zastosowania frezowania kształtowego obejmują produkcję półkolistych i półkolistych wnęk, zgrubień i profili, a także złożonych projektów i skomplikowanych części z jednej konfiguracji maszyny.

Inne operacje frezowania

Oprócz powyższych operacji frezarki mogą być wykorzystywane do wykonywania innych specjalistycznych operacji frezowania i obróbki skrawaniem. Przykłady innych dostępnych operacji frezowania obejmują:

Frezowanie stopniowe: Frezowanie stopniowe odnosi się do operacji frezowania, w której obrabiarka obrabia dwie lub więcej równoległych powierzchni przedmiotu obrabianego podczas jednego cięcia. Proces wykorzystuje dwa frezy na tym samym wrzecionie maszyny, rozmieszczone tak, że frezy znajdują się po obu stronach przedmiotu obrabianego i mogą jednocześnie frezować obie strony

Połączone frezowanie: Co to jest frezowanie kombinowane? Frezowanie kombinowane to operacja frezowania wykonywana za pomocą dwóch lub więcej narzędzi (zwykle o różnych rozmiarach, kształtach lub szerokościach) na tym samym trzpieniu maszyny. Każdy frez może wykonywać tę samą operację cięcia w tym samym czasie lub różne operacje cięcia w tym samym czasie, co pozwala na produkcję bardziej złożonych części w krótszym czasie produkcji.

Frezowanie konturowe: Frezowanie konturowe polega na tym, że obrabiarka tworzy ścieżkę cięcia na obrabianym przedmiocie wzdłuż pionowej lub nachylonej powierzchni. Proces wykorzystuje sprzęt do frezowania profili i narzędzia tnące, które mogą być równoległe lub prostopadłe do powierzchni przedmiotu obrabianego.

Cięcie kół zębatych: Cięcie kół zębatych to operacja frezowania, która wykorzystuje ewolwentowy frez do kół zębatych do tworzenia zębów kół zębatych. Frezy te są rodzajem frezów profilowych i są dostępne w różnych kształtach i rozmiarach podziałki w zależności od liczby zębów wymaganych dla określonej konstrukcji przekładni. W tym procesie do produkcji zębów kół zębatych można również użyć specjalnych wierteł tokarskich.

Inne procesy obróbki: Ponieważ frezarki umożliwiają stosowanie innych obrabiarek niż narzędzia frezarskie, można je stosować do procesów obróbki innych niż frezowanie, takich jak wiercenie, wytaczanie, rozwiercanie i gwintowanie.
Podobnie jak większość procesów obróbki CNC, proces frezowania CNC wykorzystuje oprogramowanie CAD do wygenerowania wstępnego projektu części i oprogramowanie CAM do wygenerowania programu CNC zawierającego instrukcje obróbki do produkcji części. Program CNC jest następnie ładowany na wybraną maszynę CNC w celu zainicjowania i wykonania procesu frezowania.

Środki ostrożności dotyczące frezarki

Generalnie frezarki dzieli się na konfiguracje maszynowe poziome i pionowe i różnią się liczbą osi ruchu.

Na frezarce pionowej wrzeciono maszyny jest ustawione pionowo, podczas gdy w orientacji poziomej wrzeciono frezarki jest ustawione poziomo. Maszyny poziome zawierają również wrzeciona podczas frezowania, co zapewnia dodatkowe wsparcie i stabilność, a także możliwość obsługi szerokiej gamy narzędzi skrawających, takich jak frezowanie kołowe i bramowe.

Sterowanie zarówno frezarkami pionowymi, jak i poziomymi zależy od typu używanej maszyny. Na przykład niektóre maszyny mogą podnosić i opuszczać wrzeciono oraz przesuwać stół w bok, podczas gdy inne maszyny mają nieruchome wrzeciono i stół, które mogą poruszać się poziomo, pionowo i obrotowo. Wybierając frezarki pionowe i poziome, producenci i warsztaty muszą wziąć pod uwagę wymagania aplikacji frezarskiej, takie jak liczba powierzchni, które muszą być frezowane oraz rozmiar i kształt części. Na przykład ciężkie przedmioty obrabiane lepiej nadają się do operacji frezowania poziomego, podczas gdy aplikacje z nurnikami lepiej nadają się do operacji frezowania pionowego. Dostępny jest również sprzęt pomocniczy, który może zmodernizować maszyny pionowe lub poziome w celu obsługi przeciwnego procesu.

Większość frezarek CNC może korzystać z osi od 3 do 5 - zazwyczaj zapewniając wydajność wzdłuż osi XYZ i (jeśli dotyczy) wokół osi obrotowej. Osie X i Y reprezentują ruch poziomy (odpowiednio poruszanie się w lewo iw prawo oraz do tyłu i do przodu na płaszczyźnie), podczas gdy oś Z reprezentuje ruch pionowy (ruch w górę iw dół), a W reprezentuje ruch poziomy. – Oś reprezentuje ruch po przekątnej w płaszczyźnie pionowej. W podstawowych frezarkach CNC ruch poziomy jest możliwy w dwóch osiach (XY), natomiast nowsze modele umożliwiają dodatkową oś ruchu, np. maszyny CNC 3-, 4- i 5-osiowe. Poniżej znajduje się przegląd niektórych cech frezarek sklasyfikowanych według liczby osi ruchu.

3 osi

• Zdolne do zaspokojenia większości potrzeb obróbkowych
• Konfiguracja maszyny jest prosta.
• Wymagane jest tylko jedno stanowisko pracy
• Wyższe wymagania dotyczące wiedzy dla operatorów
• niższa wydajność i jakość

4 osi

• Lepsze możliwości niż maszyny 3-osiowe
• Większa precyzja i dokładność niż w przypadku maszyn 3-osiowych
• Konfiguracja maszyny jest bardziej złożona niż maszyny 3-osiowe
• Droższe niż maszyna trzyosiowa

5 osi

• Możliwość konfiguracji z wieloma osiami (np. 4+1, 3+2 lub 5)
• mocniejszy
• W zależności od konfiguracji szybsze klawisze są łatwiejsze w obsłudze niż maszyny trzy- i czteroosiowe
• Wyższy poziom jakości i precyzji
• W zależności od konfiguracji działa wolniej niż obróbka 3-osiowa i 4-osiowa
• Droższe niż maszyny 3-osiowe i 4-osiowe

W zależności od rodzaju zastosowanej frezarki maszyna, stół maszynowy lub oba elementy mogą być dynamiczne. Zwykle tabele dynamiczne poruszają się wzdłuż osi XY, ale mogą również poruszać się w górę i w dół, aby dostosować głębokość cięcia, a także obracać się wzdłuż osi pionowej lub poziomej, aby rozszerzyć cięcie. W zastosowaniach frezarskich wymagających dynamicznych narzędzi, oprócz nieodłącznego ruchu obrotowego, obrabiarka porusza się pionowo wzdłuż wielu osi, umożliwiając cięcie obwodu narzędzia (a nie tylko jego końcówki) w obrabianym przedmiocie. Frezarki CNC o większych stopniach swobody pozwalają na większą wszechstronność i złożoność produkowanych części frezowanych.

Rodzaj frezarki

Dostępnych jest kilka różnych typów frezarek do różnych zastosowań obróbczych. Oprócz klasyfikacji opartej wyłącznie na konfiguracji maszyny lub liczbie osi ruchu, frezarki można również klasyfikować zgodnie z ich specyficznymi cechami. Niektóre z najpopularniejszych typów frezarek to:

• typ kolana
• Typ barana
• Rodzaj łóżka (lub typ produkcyjny)
• strugarka

Typ kolanowy: Frezarki kolanowe posiadają nieruchome wrzeciono i regulowany w pionie stół, który spoczywa na siodle podpartym kolanem. W zależności od pozycji maszyny kolano można opuścić i podnieść na kolumnie. Niektóre przykłady młynów kolanowych obejmują młyny poziome stojące i stołowe.

Typ suwaka: Frezarki typu suwakowego wykorzystują wrzeciono zamocowane do kolumny, co pozwala maszynie poruszać się wzdłuż osi XY z ruchomą obudową (tj. RAM). Dwa najczęstsze typy frezarek pionowych obejmują stołowe frezarki poziome i obrotowe z głowicą frezarską ogólnego przeznaczenia.

Typ łoża: Frezarka z łożem wykorzystuje stół bezpośrednio przymocowany do maszyny, aby zapobiec przesuwaniu się przedmiotu obrabianego wzdłuż osi Y i Z. Obrabiany przedmiot znajduje się pod narzędziem skrawającym, które w zależności od maszyny może poruszać się wzdłuż osi XYZ. Niektóre z dostępnych frezarek łożowych obejmują frezarki jednostronne, dwustronne i trójstronne. Maszyny jednostronne wykorzystują jedno wrzeciono poruszające się wzdłuż osi X lub Y, maszyny dwustronne wykorzystują dwa wrzeciona, natomiast maszyny trójstronne wykorzystują trzy wrzeciona (dwa poziome i jedno pionowe) do obróbki wzdłuż osi XY i XYZ, odpowiednio.

Frezy do strugarek: Frezy do strugarek są podobne do młynów łożowych, ponieważ mają stół zamocowany wzdłuż osi Y i Z oraz wrzeciono, które może poruszać się wzdłuż osi XYZ. Jednak strugarki mogą jednocześnie obsługiwać wiele maszyn (zwykle do czterech), skracając czas realizacji złożonych części.

Niektóre ze specjalnych typów frezarek, które są dostępne, obejmują frezarki stołowe, bębnowe i planetarne. Frezarki ze stołem obrotowym mają okrągły stół, który obraca się wokół osi pionowej i wykorzystuje maszyny znajdujące się na różnych wysokościach do obróbki zgrubnej i wykańczającej. Frezarka bębnowa jest podobna do maszyny ze stołem obrotowym, z tym wyjątkiem, że stół nazywany jest „bębnem” i obraca się wokół osi poziomej. W maszynie planetarnej stół jest nieruchomy, a przedmiot obrabiany ma kształt cylindryczny. Obracająca się maszyna porusza się po powierzchni przedmiotu obrabianego, wycinając zarówno elementy wewnętrzne, jak i zewnętrzne, takie jak gwinty.

Przetwarzanie materiałów

Proces frezowania CNC najlepiej jest stosować jako proces obróbki wtórnej, aby zapewnić możliwości wykańczania niestandardowych części, ale może być również stosowany do produkcji niestandardowych i specjalnych części od początku do końca. Technologia frezowania CNC pozwala na obróbkę części z różnych materiałów, w tym:

• Metale (w tym stopy, metale specjalne, metale ciężkie itp.)
• Tworzywa sztuczne (w tym termoutwardzalne i termoplastyczne)
• elastomer
• materiał kompozytowy
• drewno

Podobnie jak w przypadku wszystkich procesów obróbki, przy wyborze materiału do frezowania należy wziąć pod uwagę kilka czynników, takich jak właściwości materiału (tj. twardość, wytrzymałość na rozciąganie i ścinanie oraz odporność chemiczna i na wysokie temperatury) oraz opłacalność materiału . przetwarzanie materiału. Kryteria te określają odpowiednio, czy materiał nadaje się do procesu frezowania oraz ograniczenia budżetowe aplikacji frezowania. Wybrany materiał determinuje rodzaj używanej maszyny i jej konstrukcję, a także optymalne ustawienia maszyny, w tym prędkość skrawania, prędkość posuwu i głębokość skrawania.

Czym więc jest frezowanie CNC?

Frezowanie CNC to proces obróbki odpowiedni do obróbki różnych materiałów i produkcji różnorodnych niestandardowych części. Chociaż proces ten może wykazywać przewagę nad innymi procesami obróbki, może nie być odpowiedni dla każdego zastosowania produkcyjnego, a inne procesy mogą okazać się bardziej odpowiednie i opłacalne.

Niektóre inne, bardziej konwencjonalne procesy obróbki obejmują wiercenie i toczenie. Podobnie jak frezowanie, wiercenie odbywa się zwykle za pomocą narzędzia wielopunktowego (tj. wiertła), natomiast toczenie odbywa się za pomocą narzędzia jednopunktowego. Jednak podczas obracania przedmiot obrabiany może się poruszać i obracać, jak w niektórych zastosowaniach frezarskich, podczas gdy podczas wiercenia przedmiot obrabiany jest nieruchomy przez cały proces wiercenia.

Niektóre niekonwencjonalne procesy obróbki (tj. bez użycia obrabiarek, ale nadal z procesami mechanicznego usuwania materiału) obejmują obróbkę ultradźwiękową, cięcie strumieniem wody i obróbkę strumieniem ściernym. Niekonwencjonalne procesy nieobróbkowe (tj. procesy obróbki chemicznej, elektrycznej i termicznej) stanowią inne alternatywy dla usuwania materiału z przedmiotów obrabianych, które nie wykorzystują obrabiarek ani procesów mechanicznego usuwania materiału, w tym frezowanie chemiczne, gratowanie elektrochemiczne, cięcie laserowe i cięcie łukiem plazmowym . Te niekonwencjonalne metody obróbki wspomagają produkcję bardziej złożonych, bardziej wymagających i specjalistycznych części, które często nie są możliwe przy konwencjonalnej obróbce.