Zasady frezowania CNC, zastosowania i wybór materiałów - wyjaśnienie

Czy zastanawialiście się kiedyś, w jaki sposób wytwarzane są precyzyjne produkty ‒ od smartfonów po urządzenia lotnicze ‒?Jako kamień węgielny nowoczesnej produkcji, frezowanie sterowane przez komputer (CNC) odgrywa nieodzowną rolę w różnych gałęziach przemysłu ze względu na szybkość, precyzję i wszechstronność.Ten artykuł zawiera dogłębne badanie technologii frezowania CNC, od podstawowych zasad do praktycznych zastosowań i korzyści porównawczych.

Fresowanie CNC jest subtrakcyjnym procesem produkcyjnym, który wykorzystuje sterowane komputerowo narzędzia obróbkowe do selektywnego usuwania materiału z stałego obrabialnika, przekształcając go w gotowe elementy.Podczas gdy frezowanie istniało jako technika produkcyjna przed komputerowaniemWcześniejsze wersje opierały się całkowicie na obsłudze ręcznej, w której maszyniści kontrolowali ruch narzędzia na podstawie rysunków technicznych - proces pracochłonny podatny na błędy ludzkie.

Wprowadzenie sterowania komputerowego zrewolucjonizowało frezowanie w szybką, precyzyjną i bardzo precyzyjną metodę produkcji.Systemy CNC znacząco zmniejszają zmienność. Jako podzbiór usług obróbki CNC (które obejmują również obróbka, grawerowanie i wiercenie),Fresowanie CNC oznacza kontrolowane usuwanie materiału poprzez cięcie w celu wytworzenia gotowych części.

Pomimo różnic w typach maszyn i operacjach, wszystkie frezy CNC podążają za tym samym podstawowym przepływem pracy.o masie przekraczającej 1 mm, ale nieprzekraczającej 10 mmCała sekwencja produkcji obejmuje zazwyczaj pięć etapów:

1. Tworzenie modeli CAD
2. Konwersja z CAD na CAM
3. Ustawienie maszyny
4. Wykonanie frezowania
5. Pozostałe przetwarzanie

Proces rozpoczyna się od modelowania 3D przy użyciu oprogramowania CAD, w którym inżynierowie tworzą cyfrowe repliki zawierające wszystkie specyfikacje wymiarowe, tolerancje,i względy materialneZasady projektowania do produkcji (DFM) optymalizują modele w celu zwiększenia wydajności produkcji, uwzględniając ograniczenia takie jak geometria cech, ograniczenia wymiarowe i możliwości tolerancji.Eksport ukończonych modeli w standardowych formatach plików CAD.

Ponieważ maszyny CNC nie mogą bezpośrednio interpretować plików CAD, oprogramowanie do produkcji wspomaganej komputerowo (CAM) tłumaczy modele 3D na czytelny maszynowo kod G.Ten język programowania określa wszystkie parametry operacyjne ścieżki narzędziPo weryfikacji technicy przekazują program G-code do sterownika CNC.

Operatorzy konfigurują frezarkę poprzez zainstalowanie odpowiednich narzędzi cięcia, przymocowanie obrabionego przedmiotu do łóżka maszyny oraz ustalenie płaszczyzn odniesienia i układów współrzędnych.Dodatkowa konfiguracja może obejmować instalację urządzeńW zależności od wymogów eksploatacyjnych.

Po zakończeniu przygotowań rozpoczyna się automatyczny proces frezowania.precyzyjnie koordynujące rotację narzędzia (zwykle tysiące obrotów na minutę) z ruchem wieloosiowym w celu stopniowego kształtowania obrabiarkęWzględny ruch występuje poprzez ruch narzędzia, regulację obrabiarkę lub skoordynowane działanie obu elementów do osiągnięcia ostatecznej geometrii.

Opcjonalne operacje wykończenia zwiększają jakość fresowanych elementów poprzez estetyczne lub funkcjonalne zabiegi.

• Obsługa powierzchniowa: odkurzanie, polerowanie, piaskowanie, powłoka proszkowa
• Powierzchnie ochronne: galwanizacja, anodowanie
• Obróbki termiczne: tłumienie, hartowanie

Podczas gdy frezowanie CNC osiąga wyjątkową precyzję (zwykle ± 0,005 "lub 0,13 mm dla systemów 3-osiowych),wszystkie procesy produkcyjne wymagają specyfikacji tolerancji ◄ dopuszczalne odchylenie od wymiarów nominalnych, które utrzymuje funkcjonalność. Międzynarodowe standardy (ISO 2768, ISO 286) określają klasy tolerancji dla wytwarzania subtrakcyjnego.

• Ścieranie w osi 3/5: ±0,005" (0,13 mm)
• Grawiatura: ±0,005" (0,13 mm)
• Obróbka przędzy: 0,005" (0,13mm)

Cięższe tolerancje zwiększają czas obróbki i koszty, dlatego specyfikacje powinny zrównoważyć wymagania precyzyjne z wykonalnością ekonomiczną.

Projektanci muszą uwzględniać ograniczenia związane z frezowaniem przy tworzeniu części do produkcji:

• Unikać zakrzywionych kanałów wewnętrznych (nieliniowych ścieżek narzędzi)
• Wyeliminowanie podcięć (niedostępnych funkcji)
• Zapobieganie nadmiernie cienkim ścianom (złamania wywołane wibracjami)
• Projektowanie kątów wewnętrznych z promieniami (okrągłe narzędzia do cięcia)
• Zastrzeganie ograniczeń wielkości specyficznych dla maszyny (zwykle ≤ 1,2 m3)

Nowoczesne młynki CNC zawierają kilka podstawowych komponentów niezależnie od konfiguracji:

• Węzeł:Włókno obracające się, które trzyma narzędzia do cięcia
• Zmiennik narzędzi:Automatyczny system wymiany cięcia
• Łóżko maszynowe:Sztywna ramka wspierająca wszystkie elementy
• Stolik roboczy:Powierzchnia precyzyjna do mocowania części roboczej
• Napędy osi:Silniki serwomocyny sterujące ruchem liniowym
• System sterowania:Interpretacja komputerowa kodu G

Młyny CNC różnią się przede wszystkim swoimi możliwościami ruchu:

3-osiowe:Podstawowy ruch liniowy X/Y/Z (najczęściej występujący)

4-osiowe:Dodaje pojedynczą oś obrotową (zwiększona złożoność)

5-osiowe:Dwie osi obrotowe (maksymalna elastyczność geometryczna)

Różne strategie cięcia wytwarzają specyficzne cechy geometryczne:

Frenowanie twarzy:Produkuje płaskie powierzchnie prostopadłe do osi wrzeciona

Wyroby do obróbki węglaTworzy otwory/kieszeni przy użyciu cięcia ze strony narzędzia

Wyroby o masie nieprzekraczającej 1 mmMaszyny do rozwijania węzłów w określonych kątach

Formularz do fresowania:Specjalistyczne cięcia wytwarzają skomplikowane kontury

Fresowanie CNC obejmuje różnorodne materiały inżynieryjne z kluczowymi kryteriami wyboru, w tym:

• Właściwości mechaniczne (moc, twardość)
• Odporność na działanie środowiska (korozja, temperatura)
• Wymagania funkcjonalne (przewodność, masa)
• Charakterystyka obrabialności
• Zważycie kosztów

Powszechny wybór: aluminium, stopy stali, tytan, mosiądz, miedź

Częste wybory: ABS, nylon, PEEK, acetal, PTFE

Fresowanie CNC pełni kluczowe funkcje w różnych sektorach produkcji:

• W przemyśle lotniczym:Części silnika, części konstrukcyjne
• Wyroby motoryzacyjne:Przesyłki biegów, elementy zawieszenia
• Lekarstwo:Instrumenty chirurgiczne, implanty ortopedyczne
• Energia:Łopaty turbiny, części do wiercenia
• Elektronika:Obudowy, zlewki ciepła

• Wyjątkowa dokładność wymiarowa
• Ogólna zgodność materiału
• Zdolność do złożonej geometrii
• Możliwość szybkiego tworzenia prototypów
• Konsekwentna powtarzalność

• Wysokie koszty wyposażenia inwestycyjnego
• Odpady materiałowe z procesu subtrakcyjnego
• Ograniczenia projektowania geometrycznego
• Powolniejsza produkcja masowa niż alternatywa

Podczas gdy frezowanie CNC wyróżnia się w precyzyjnych częściach metalowych, inne technologie lepiej służą konkretnym zastosowaniom:

Drukowanie 3D:Idealne do tworzenia złożonych prototypów z tworzyw sztucznych

Wstrzykiwacze:Optymalny dla części z tworzyw sztucznych o dużej objętości

Aktorzy:Odpowiednie do dużych elementów metalowych

Obrót CNC:Najlepiej dla części symetrii obrotowej

Fresowanie CNC pozostaje niezbędną technologią produkcyjną, łączącą precyzję, elastyczność i wszechstronność materiałów do produkcji kluczowych komponentów w różnych gałęziach przemysłu.Podczas gdy technologia ta ma pewne ograniczenia w zakresie kosztów i ograniczeń geometrycznych, jego zalety w zakresie dokładności i powtarzalności zapewniają ciągłe znaczenie zarówno w środowiskach prototypowania, jak i produkcji.i optymalne zastosowania umożliwiają producentom efektywne wykorzystanie tej technologii w szerszych ekosystemach produkcji.