Čo je CNC frézovanie?

Čo je CNC frézovanie?

CNC frézovanie, celý názov je Computer Numerical Control Milling, je obrábací proces, ktorý využíva počítačom riadené a rotujúce viacbodové rezné nástroje na postupné odoberanie materiálu z obrobku a výrobu dielu alebo produktu na mieru. Proces je vhodný na obrábanie rôznych materiálov, ako je kov, plast, drevo, a na výrobu rôznych dielov a produktov na mieru.
V rámci služieb presného CNC obrábania sú k dispozícii viaceré možnosti, vrátane mechanického, chemického, elektrického a tepelného obrábania. CNC frézovanie je mechanický proces, ktorý zahŕňa vŕtanie, sústruženie a rôzne iné obrábacie procesy, čo znamená, že materiál je z obrobku odoberaný mechanickými prostriedkami, napríklad pôsobením rezného nástroja frézky.
Tento článok sa zameriava na proces CNC frézovania, načrtáva základy procesu, ako aj komponenty a nástroje CNC frézky. Okrem toho tento článok skúma rôzne frézovacie operácie a poskytuje alternatívy k procesu CNC frézovania.

Millingova definícia

Čo je frézovanie? Ide o typ obrábania, ktorý využíva nástroj na tvarovanie obrobku na stole, ktorý je zvyčajne pohyblivý, hoci niektoré frézky majú aj pohyblivé nástroje. Frézovanie bolo pôvodne ručnou operáciou vykonávanou pracovníkmi, ale dnes sa väčšina frézovania vykonáva na CNC frézkach, ktoré využívajú počítače na dohľad nad procesom frézovania. CNC frézovanie môže poskytnúť väčšiu presnosť, presnosť a produktivitu, ale existujú situácie, v ktorých môže byť ručné frézovanie užitočné. Ručné frézovanie si vyžaduje veľa technických zručností a skúseností, čím sa skracuje čas potrebný na obrátku. Ďalšou výhodou je, že ručné frézy sú lacnejšie a používatelia si nemusia robiť starosti s programovaním stroja.

Prehľad CNC frézovania

Ako väčšina tradičných mechanických CNC obrábacích procesov, CNC frézovacie procesy využívajú počítačové ovládacie prvky na obsluhu a manipuláciu s obrábacími strojmi, ktoré režú a tvoria polotovary. Okrem toho proces prebieha podľa rovnakých základných výrobných fáz ako všetky procesy CNC obrábania, vrátane:

• Navrhujte CAD modely
• Prevod CAD modelov na CNC programy
• Nastavenie CNC frézky
• Vykonajte operáciu frézovania

Čo je CNC frézovanie?

CNC frézovanie proces začína vytvorením 2D alebo 3D CAD návrhu dielu. Kompletný návrh sa potom exportuje do formátu súboru kompatibilného s CNC a prevedie sa pomocou softvéru CAM do programu CNC stroja, ktorý určuje pohyb stroja a pohyb nástroja po obrobku. Predtým, ako operátor spustí CNC program, pripraví CNC frézku tak, že upevní obrobok na pracovnú plochu obrábacieho stroja (tj stôl) alebo na držiak obrobku (napríklad zverák) a namontuje frézku na stroj. vreteno nástroja. Proces CNC frézovania využíva horizontálne alebo vertikálne CNC frézky – v závislosti od špecifikácií a požiadaviek frézovacej aplikácie – ako aj rotujúce viacbodové (tj viaczubé) rezné nástroje, ako sú frézy a vrtáky. Keď je stroj pripravený, operátor spustí program cez rozhranie stroja, ktorý vyzve stroj, aby vykonal frézovaciu operáciu.

Po spustení procesu CNC frézovania začne obrábací stroj otáčať rezný nástroj rýchlosťou až niekoľko tisíc otáčok za minútu. V závislosti od typu použitej frézky a požiadaviek frézovacej aplikácie, keď sa nástroj ponorí do obrobku, stroj vykoná jednu z nasledujúcich činností, aby vykonal potrebné rezy na obrobku:

1. Pomaly zasuňte obrobok do stacionárneho rotujúceho nástroja
2. Pohyb náradia na stacionárnom obrobku
3. Relatívny pohyb nástroja a obrobku

Na rozdiel od procesu ručného frézovania, pri CNC frézovaní obrábací stroj zvyčajne podáva pohyblivý obrobok skôr rotáciou rezného nástroja než rotáciou rezného nástroja. Frézovacie operácie, ktoré dodržiavajú túto konvenciu, sa nazývajú stúpavé frézovanie, zatiaľ čo opačná operácia sa nazýva bežné frézovacie operácie.
Vo všeobecnosti je frézovanie najvhodnejšie ako doplnkový alebo dokončovací proces k obrobenému obrobku na poskytnutie definície prvkov dielu, ako sú otvory, drážky a závity, alebo na výrobu prvkov dielu. Tento proces však možno použiť aj na tvarovanie zásobného materiálu od začiatku do konca. V oboch prípadoch sa pri procese frézovania postupne odoberá materiál, aby sa vytvoril požadovaný tvar a tvar dielu. Najprv nástroj odreže z obrobku malé kúsky alebo triesky, aby vytvoril približný tvar. Obrobok sa potom frézuje vo vyššom rozvrhu a s väčšou presnosťou, aby sa dokončil diel s jeho presnými vlastnosťami a špecifikáciami. Často je potrebné hotový diel niekoľkokrát opracovať, aby sa dosiahla požadovaná presnosť a tolerancie. V prípade súčiastok so zložitejšou geometriou, po dokončení operácie frézovania a výrobe súčiastky podľa špecifikácií navrhnutých na mieru prechádza frézovaná súčiastka do konečnej a následnej fázy výroby.
Prevádzka CNC frézovania

CNC frézovanie je proces obrábania vhodný na výrobu vysoko presných dielov s vysokou toleranciou v prototypových, jednorazových a malých až stredných výrobných sériách. Zatiaľ čo súčiastky sa zvyčajne vyrábajú s toleranciami v rozsahu od +/- 2 vlákna do +/- 10 vlákien, niektoré frézky môžu dosiahnuť tolerancie až +/- 1 vlákno alebo dokonca vyššie. Všestrannosť procesu frézovania umožňuje jeho použitie v širokom spektre priemyselných odvetví a pre rôzne funkcie a konštrukcie dielov, vrátane drážok, skosení, závitov a vreciek. Medzi najbežnejšie operácie CNC frézovania patria:

• Čelové frézovanie
• Ploché frézovanie
• Uhlové frézovanie
• Frézovanie formy

čelné frézovanie

Čelné frézovanie, pri ktorom je os otáčania rezného nástroja kolmá na povrch obrobku. Táto metóda využíva čelnú frézu, ktorá má zuby na obvode aj na čele nástroja, pričom obvodové zuby sa primárne používajú na rezanie a čelné zuby sa používajú na dokončovacie aplikácie. Typicky sa čelné frézovanie používa na vytváranie rovných povrchov a obrysov na hotovom diele a je schopné produkovať vyššiu kvalitu povrchovej úpravy ako iné frézovacie procesy. Vertikálne aj horizontálne frézky podporujú tento proces.
Typy čelného frézovania zahŕňajú čelné frézy a bočné frézy, ktoré používajú čelné a bočné frézy.

Ploché frézovanie

Čelné frézovanie, tiež známe ako čelné frézovanie alebo frézovanie dosiek, pri ktorom je os otáčania rezného nástroja rovnobežná s povrchom obrobku. Proces využíva bežné zuby frézy na vykonávanie rezných operácií na periférii. V závislosti od špecifikácií frézovacej aplikácie, ako je hĺbka rezu a veľkosť obrobku, sú k dispozícii úzke a široké frézy. Úzke nože umožňujú hlbšie rezy, zatiaľ čo široké nože možno použiť na rezanie väčších plôch. Ak aplikácia čelného frézovania vyžaduje odstránenie veľkého množstva materiálu z obrobku, operátor začne s použitím frézy s hrubými zubami, pomalými reznými rýchlosťami a rýchlymi rýchlosťami posuvu na vytvorenie približnej geometrie dielu navrhnutého na mieru. Operátori potom zavedú frézy s jemnejšími zubami, rýchlejšie rezné rýchlosti a pomalšie posuvy, aby vytvorili detaily hotového dielu.

Uhlové frézovanie

Uhlové frézovanie je tam, kde os otáčania rezného nástroja zviera určitý uhol vzhľadom na povrch obrobku. Proces využíva jednouhlové frézy (uhlové podľa konkrétneho obrábaného dizajnu) na vytvorenie uhlových prvkov, ako sú skosenie, zúbkovanie a drážky. Bežnou aplikáciou pre uhlové frézovanie je výroba rybinových profilov, pri ktorých sa používajú rybinové frézy 45°, 50°, 55° alebo 60° v závislosti od prevedenia rybiny.

Frézovanie formy

Profilové frézovanie sa vzťahuje na frézovacie operácie zahŕňajúce nepravidelné povrchy, obrysy a profily, ako sú časti so zakrivenými a rovnými povrchmi alebo plne zakrivenými povrchmi. Proces využíva profilové alebo letmé frézy navrhnuté pre špecifické aplikácie, ako sú konvexné, konkávne a rohové frézy. Niektoré bežné aplikácie tvarového frézovania zahŕňajú výrobu pologuľových a polkruhových dutín, guľôčok a profilov, ako aj zložitých návrhov a zložitých dielov z jedného nastavenia stroja.

Ostatné frézovacie operácie

Okrem vyššie uvedených operácií je možné pomocou frézok vykonávať ďalšie špecializované frézovacie a obrábacie operácie. Príklady iných dostupných typov frézovacích operácií zahŕňajú:

Krokové frézovanie: Krokové frézovanie sa týka frézovacej operácie, pri ktorej obrábací stroj obrába dva alebo viac rovnobežných povrchov obrobku v jednom reze. Proces využíva dve frézy na rovnakom vretene stroja, usporiadané tak, že frézy sú na oboch stranách obrobku a môžu frézovať obe strany súčasne

Kombinované frézovanie: Čo je kombinované frézovanie? Kombinované frézovanie je frézovacia operácia vykonávaná dvoma alebo viacerými nástrojmi (zvyčajne rôznych veľkostí, tvarov alebo šírok) na rovnakom tŕni stroja. Každá fréza môže vykonávať rovnakú operáciu rezania v rovnakom čase alebo rôzne operácie rezania súčasne, čo umožňuje výrobu zložitejších dielov v kratších výrobných časoch.

Obrysové frézovanie: Kontúrové frézovanie je miesto, kde obrábací stroj vytvára reznú dráhu na obrobku pozdĺž vertikálneho alebo nakloneného povrchu. Proces využíva profilové frézovacie zariadenia a rezné nástroje, ktoré môžu byť rovnobežné alebo kolmé na povrch obrobku.

Rezanie ozubených kolies: Rezanie ozubených kolies je operácia frézovania, ktorá využíva evolventnú frézu ozubených kolies na vytvorenie ozubenia. Tieto frézy sú typom profilovej frézy a sú dostupné v rôznych tvaroch a veľkostiach rozstupu v závislosti od počtu zubov požadovaných pre konkrétnu konštrukciu ozubeného kolesa. V tomto procese je možné na výrobu ozubenia použiť aj špeciálne sústružnícke nástroje.

Iné procesy obrábania: Keďže frézky podporujú použitie iných obrábacích strojov ako frézovacích nástrojov, možno ich použiť na iné obrábacie procesy ako frézovanie, ako je vŕtanie, vyvrtávanie, vystružovanie a závitovanie.
Rovnako ako väčšina procesov CNC obrábania, proces CNC frézovania využíva CAD softvér na vytvorenie počiatočného návrhu dielu a softvér CAM na generovanie CNC programu, ktorý poskytuje pokyny na obrábanie na výrobu dielu. CNC program sa potom načíta do zvoleného CNC stroja, aby sa spustil a vykonal proces frézovania.

Bezpečnostné opatrenia pri frézovaní

Vo všeobecnosti sa frézky delia na horizontálne a vertikálne strojové konfigurácie a rozlišujú sa podľa počtu osí pohybu.

Na vertikálnej fréze je vreteno stroja vertikálne orientované, zatiaľ čo pri horizontálnej orientácii je vreteno frézky umiestnené horizontálne. Horizontálne stroje tiež obsahujú vretená počas frézovania pre dodatočnú podporu a stabilitu, ako aj schopnosť podopierať širokú škálu rezných nástrojov, ako napríklad pri frézovaní na kolieskach a obkľukoch.

Ovládanie vertikálnej aj horizontálnej frézky závisí od typu použitého stroja. Niektoré stroje môžu napríklad zdvíhať a spúšťať vreteno a posúvať stôl do strany, zatiaľ čo iné stroje majú pevné vreteno a stôl, ktoré sa môžu pohybovať horizontálne, vertikálne a rotačne. Pri výbere zvislých a vodorovných fréz musia výrobcovia a obchody zvážiť požiadavky aplikácie frézovania, ako je počet plôch, ktoré je potrebné frézovať, a veľkosť a tvar dielu. Napríklad ťažké obrobky sú vhodnejšie pre horizontálne frézovacie operácie, zatiaľ čo hĺbkové aplikácie sú vhodnejšie pre vertikálne frézovacie operácie. K dispozícii je aj pomocné zariadenie, ktoré môže dodatočne vybaviť vertikálne alebo horizontálne stroje na podporu opačného procesu.

Väčšina CNC fréz môže používať 3 až 5 osí – zvyčajne poskytuje výkon pozdĺž osi XYZ a (ak je to možné) okolo rotačnej osi. Os X a Y predstavuje horizontálny pohyb (pohyb doľava a doprava a dopredu a dozadu po rovine), zatiaľ čo os Z predstavuje vertikálny pohyb (pohyb hore a dole) a W predstavuje horizontálny pohyb. – Os predstavuje diagonálny pohyb vo vertikálnej rovine. V základných CNC frézach je horizontálny pohyb možný v dvoch osiach (XY), zatiaľ čo novšie modely umožňujú dodatočnú os pohybu, ako sú 3-, 4- a 5-osové CNC stroje. Nižšie je uvedený prehľad niektorých charakteristík frézok klasifikovaných podľa počtu osí pohybu.

3 os

• Schopný splniť väčšinu potrieb obrábania
• Nastavenie stroja je jednoduché.
• Vyžaduje sa iba jedna pracovná stanica
• Vyššie požiadavky na znalosti pre operátorov
• nižšia účinnosť a kvalita

4 os

• Lepšie možnosti ako 3-osové stroje
• Vyššia presnosť a presnosť ako 3-osové stroje
• Nastavenie stroja je zložitejšie ako 3-osové stroje
• Drahšie ako trojosový stroj

5 os

• Môže byť nakonfigurovaný s viacerými osami (napr. 4+1, 3+2 alebo 5)
• silnejší
• V závislosti od konfigurácie sa rýchlejšie klávesy ovládajú ľahšie ako troj- a štvorosové stroje
• Vyššia úroveň kvality a presnosti
• V závislosti od konfigurácie beží pomalšie ako 3-osové a 4-osové obrábanie
• Drahšie ako 3-osové a 4-osové stroje

V závislosti od typu použitej frézky môže byť stroj, stôl stroja alebo oba komponenty dynamické. Dynamické stoly sa zvyčajne pohybujú pozdĺž osi XY, ale môžu sa tiež pohybovať nahor a nadol, aby sa nastavila hĺbka rezu, a otáčať sa pozdĺž vertikálnej alebo horizontálnej osi, aby sa rez rozšíril. Pri frézovacích aplikáciách vyžadujúcich dynamické nástroje sa obrábací stroj okrem vlastného rotačného pohybu pohybuje vertikálne pozdĺž viacerých osí, čo umožňuje, aby sa do obrobku zarezal obvod nástroja (a nie len jeho hrot). CNC frézky s väčšími stupňami voľnosti umožňujú väčšiu univerzálnosť a komplexnosť vyrábaných frézovaných dielov.

Typ frézky

Pre rôzne obrábacie aplikácie je k dispozícii niekoľko rôznych typov frézok. Okrem klasifikácie len na základe konfigurácie stroja alebo počtu osí pohybu môžu byť frézky klasifikované aj podľa ich špecifických vlastností. Niektoré z najbežnejších typov frézok zahŕňajú:

• typ kolena
• Typ barana
• Typ postele (alebo výrobný typ)
• hoblík

Kolenný typ: Kolenné frézky majú pevné vreteno a vertikálne nastaviteľný stôl, ktorý spočíva na sedle podopretom kolenom. V závislosti od polohy stroja je možné koleno spustiť a zdvihnúť na stĺp. Niektoré príklady kolenných mlynov zahŕňajú stojace a stolové horizontálne mlyny.

Typ barana: Frézky typu baran používajú vreteno, ktoré je pripevnené k stĺpu, čo umožňuje stroju pohybovať sa pozdĺž osi XY s pohyblivým krytom (tj RAM). Dva najbežnejšie typy vertikálnych frézok zahŕňajú stojanové univerzálne horizontálne frézky a frézky s rotačnou frézou.

Typ lôžka: Frézka typu lôžka používa stôl priamo pripevnený na stroji, aby sa zabránilo pohybu obrobku pozdĺž osi Y a Z. Obrobok je umiestnený pod rezným nástrojom, ktorý sa v závislosti od stroja môže pohybovať pozdĺž osi XYZ. Niektoré z dostupných lôžkových frézok zahŕňajú jednostranné, obojstranné a trojstranné frézky. Jednostranné stroje používajú jedno vreteno, ktoré sa pohybuje pozdĺž osi X alebo Y, zatiaľ čo obojstranné stroje používajú dve vretená, zatiaľ čo trojstranné stroje používajú tri vretená (dve horizontálne a jedno vertikálne) na obrábanie pozdĺž osi XY a XYZ, resp.

Hobľovacie frézy: Hobľovacie frézy sú podobné lôžkovým frézam v tom, že majú stôl, ktorý je upevnený pozdĺž osi Y a Z a vreteno, ktoré sa môže pohybovať pozdĺž osi XYZ. Hoblíky však môžu súčasne podporovať viacero strojov (zvyčajne až štyri), čím sa skrátia dodacie lehoty pre zložité diely.

Niektoré zo špeciálnych typov fréz, ktoré sú k dispozícii, zahŕňajú rotačné stolové, bubnové a planétové frézky. Frézky s otočným stolom majú kruhový stôl, ktorý sa otáča okolo zvislej osi a na hrubovanie a dokončovanie využíva stroje umiestnené v rôznych výškach. Bubnová frézka je podobná stroju s rotačným stolom, s výnimkou toho, že stôl sa nazýva „bubon“ a otáča sa okolo vodorovnej osi. V planétovom stroji je stôl pevný a obrobok je valcový. Rotačný stroj sa pohybuje po povrchu obrobku a reže vnútorné aj vonkajšie prvky, ako sú závity.

Spracovateľské materiály

Proces CNC frézovania sa najlepšie používa ako sekundárny proces obrábania, ktorý poskytuje možnosti dokončovania dielov navrhnutých na mieru, ale môže sa použiť aj na výrobu dielov navrhnutých na mieru a špeciálnych dielov od začiatku do konca. Technológia CNC frézovania umožňuje proces obrábania dielov z rôznych materiálov vrátane:

• Kovy (vrátane zliatin, špeciálnych kovov, ťažkých kovov atď.)
• Plasty (vrátane termosetov a termoplastov)
• elastomer
• kompozitného materiálu
• drevo

Tak ako pri všetkých procesoch obrábania, aj pri výbere materiálu na frézovanie je potrebné zvážiť niekoľko faktorov, ako sú vlastnosti materiálu (tj tvrdosť, pevnosť v ťahu a šmyku, chemická odolnosť a odolnosť voči vysokej teplote) a nákladová efektívnosť materiálu. spracovateľský materiál. Tieto kritériá určujú, či je materiál vhodný pre proces frézovania a rozpočtové obmedzenia aplikácie frézovania. Zvolený materiál určuje typ použitého stroja a jeho konštrukciu, ako aj optimálne nastavenie stroja vrátane reznej rýchlosti, posuvu a hĺbky rezu.

Čo je teda CNC frézovanie?

CNC frézovanie je proces obrábania vhodný na obrábanie rôznych materiálov a výrobu rôznych dielov na mieru. Aj keď tento proces môže vykazovať výhody oproti iným procesom obrábania, nemusí byť vhodný pre každú výrobnú aplikáciu a iné procesy sa môžu ukázať ako vhodnejšie a nákladovo efektívnejšie.

Niektoré ďalšie konvenčnejšie procesy obrábania zahŕňajú vŕtanie a sústruženie. Podobne ako frézovanie, aj vŕtanie sa zvyčajne vykonáva viacbodovým nástrojom (teda vŕtačkou), sústruženie zasa jednobodovým nástrojom. Počas otáčania sa však obrobok môže pohybovať a otáčať ako niektoré frézovacie aplikácie, zatiaľ čo počas vŕtania je obrobok počas procesu vŕtania nehybný.

Niektoré nekonvenčné procesy obrábania (tj bez použitia obrábacích strojov, ale stále s procesmi mechanického odstraňovania materiálu) zahŕňajú obrábanie ultrazvukom, rezanie vodným lúčom a obrábanie abrazívnym lúčom. Nekonvenčné, neobrábacie procesy (tj chemické, elektrické a tepelné procesy obrábania) poskytujú iné alternatívy k odstraňovaniu materiálu z obrobkov, ktoré nepoužívajú obrábacie stroje alebo procesy mechanického odstraňovania materiálu, vrátane chemického frézovania, elektrochemického odhrotovania, laserového rezania a rezania plazmovým oblúkom . Tieto nekonvenčné metódy obrábania podporujú výrobu zložitejších, náročnejších a špecializovaných dielov, ktoré často nie sú možné pri konvenčnom obrábaní.