Frezowanie CNC – na czym polega?
Frezowanie CNC to rodzaj obróbki sterowanej numerycznie polegającej na skrawaniu naddatkowej warstwy materiału. Frezowanie, obok toczenia i szlifowania stanowi obecnie jedną z najczęściej wybieranych metod produkcji różnego rodzaju detali w przemyśle maszynowym.
Na czym polega frezowanie CNC?
Obróbka przez frezowanie polega na stopniowym usuwaniu materiału, aż do uzyskania kształtu zgodnego z zaprojektowanym modelem. Cechą charakterystyczną frezowania to, że narzędzie wykonuje ruch obrotowy, a przedmiot obrabiany ruch posuwisty. Dużo rzadziej zdarza się, że to narzędzie wykonuje ruch posuwisty, aczkolwiek zależy to również od budowy frezarki.
Czym frezowanie CNC różni się od frezowania konwencjonalnego? – porównanie metod obróbki
Cechą, która odróżnia frezowanie CNC od frezowania konwencjonalnego jest sterowanie, które w maszynie CNC realizowane jest przez program komputerowy. W metodzie konwencjonalnej za ruch narzędzia odpowiada operator. W przypadku obrabiarki CNC program pisany jest ręcznie lub przygotowywany jest w systemie CAM na podstawie modelu CAD, który następnie wczytywany jest do obrabiarki. Maszyna CNC steruje nie tylko ruchem narzędzia, ale też parametrami takimi jak:
- ilość przejazdów
- szybkość posuwu
- pozycja początkowa narzędzia skrawającego
- prędkość obrotowa
Dodatkowo możliwości frezarki CNC są o wiele większe niż konwencjonalnych maszyn. Przede wszystkim ze względu na ogromną precyzję oraz możliwość powtarzalności procesu obróbki. Dzięki czemu technologię tę można wykorzystywać do produkcji seryjnej czy masowej. Dzięki automatycznej zmianie narzędzi proces ten jest jeszcze szybszy.
Frezowanie CNC – na czym polega programowanie obróbki maszyn CNC?
Zgodnie ze skrótem CNC (Computerized Numerical Control) frezowanie CNC oznacza komputerowe sterowanie frezarką numeryczną. Stąd przed każdorazową obróbką konieczne jest zaprogramowanie maszyny pod wykonywanie konkretnych ruchów. Innym ze sposobów jest automatyczne wygenerowanie ścieżek ruchu narzędzia i wczytanie go na frezarkę CNC.
Proces ten zaczyna się od przygotowania modelu CAD, który następnie jest przekształcany na kod G w systemie CAM. Kod ten odczytywany jest przez obrabiarkę jako ścieżka narzędzia i ustalenie parametrów obróbki. Tym sposobem zdefiniowana jest m.in. prędkość skrawania, głębokość frezowania, prędkość posuwu, średnica narzędzia i wiele innych.
Podczas pracy obrabiarki CNC, cały proces nadzorowany jest przez operatora, który w razie konieczności może modyfikować stworzony wcześniej program lub zmienić parametry obróbki. Po wykonaniu programu maszynę można zresetować lub zachować dotychczasowy program w celu ponownego odtworzenia. W pierwszym przypadku wymieniany jest zestaw narzędzi na najbardziej optymalny dla kolejnych operacji.
Najważniejsze etapy przygotowania procesu i frezowania CNC
W związku z tym, że podczas obróbki sterowanej numerycznie za ruch narzędzia odpowiedzialny jest wcześniej utworzony kod G, w pierwszej kolejności należy zaprojektować geometrię modelu, która docelowo posłuży do otrzymania niezbędnego kodu w oprogramowaniu CAM.
- Wykonanie modelu 3D – dzięki modelowi CAD możliwe jest stworzenie kodu G. Można go otrzymać programując ręcznie wszystkie ścieżki narzędzia na podstawie rysunku wykonawczego detalu lub wygenerować go w systemie CAM w oparciu o model 3D CAD.
- Dobór narzędzi – na tym etapie wybierane są niezbędne narzędzia obróbcze do wykonania poszczególnych operacji. Określany jest m.in. ich kształt, długość i średnica. Podczas wyboru narzędzi konieczne jest też uwzględnienie materiału jaki będzie obrabiany, gdyż ma on zarówno wpływ na parametry obróbki jak i na rodzaj dobieranych frezów. Inne narzędzie wykorzystamy do obróbki aluminium, a inne do stali wysokowęglowej.
- Dobór parametrów obróbki – znając rodzaj materiału oraz dokładną geometrię modelu operator jest w stanie określić parametry frezowania CNC takie jak: prędkość posuwu, prędkość skrawania czy grubość skrawanej warstwy materiału za jednym przejściem.
- Utworzenie kodu – najczęściej wykorzystywanym przez obrabiarki CNC jest kod typu G (G-code). Opisuje on ścieżkę ruchu narzędzia oraz wszystkie niezbędne parametry obróbki skrawaniem.
- Wczytanie programu sterującego na maszynę CNC – wygenerowany lub zaprogramowany kod zostaje na tym etapie wczytany do frezarki CNC, a jej sterowniki precyzyjnie będą kierować narzędziem tnącym i parametrami obróbki po to, aby uzyskać zaprojektowaną na początku geometrię.
Rodzaje frezowania CNC w obróbce metali
Wyróżnia się trzy podstawowe kryteria podziału obróbki frezowaniem. Dzielimy je ze względu na następujące czynniki:
Konstrukcyjne:
- frezowanie swobodne – jedna powierzchnia obrabiana jednocześnie
- frezowanie pełne – trzy powierzchnie obrabiane jednocześnie
- frezowanie niepełne – dwie powierzchnie obrabiane jednocześnie
Technologiczne:
- frezowanie walcowe – podczas frezowania walcowego obrabiana powierzchnia jest równoległa do osi narzędzia
- frezowanie skośne – oś obrotu narzędzia nachylona jest pod innym kątem niż 90° i 0°
- frezowanie czołowe – powierzchnia obrabiana i oś narzędzia położone są względem siebie po kątem prostym
Kinematyczne:
- Frezowanie współbieżne – podczas obróbki przedmiot przemieszcza się zgodnie z kierunkiem ruchu narzędzia
- Frezowanie przeciwbieżne – podczas obróbki przedmiot przemieszcza się w przeciwnym kierunku, niż ruch narzędzia
Zalety frezowania CNC
Frezowanie CNC podobnie jak dowolny rodzaj obróbki sterowany numerycznie pozwala na wiele udogodnień w porównaniu do konwencjonalnych metod skrawania. Oto najważniejsze z nich:
- Szybkość obróbki – dzięki automatyzacji procesu obróbka trwa zdecydowanie krócej. W przypadku produkcji większych partii przedmiotów o wiele bardziej opłaca się maszyna CNC, niż konwencjonalna frezarka.
- Jakość wytwarzanych wyrobów – sterowanie komputerowe daje możliwość wykonywania wyjątkowo precyzyjnej obróbki, nawet bardzo złożonej geometrii. Dzięki temu produkowane elementy są jeszcze bardziej dokładne i niezawodne.
- Niższe koszty wytwarzania – krótszy czas obróbki, dokładniejsze wykorzystanie obrabianego materiału jak i minimalizacja błędu człowieka pozwala na jeszcze bardziej wydajną produkcję.
- Bezpieczeństwo – wszystkie operacje składające się na wytworzenie końcowego detalu odbywają się wewnątrz maszyny, a jej uruchomienie możliwe jest tylko po zamknięciu wszystkich osłon. Zatem frezowanie CNC jest o wiele bardziej bezpieczne niż metody konwencjonalne.
Budowa frezarki CNC
Standardowe elementy budowy układu konstrukcyjnego frezarki CNC to:
- Korpus maszyny – najczęściej budowany z żeliwa, rzadziej z granitu
- Wrzeciennik – zespół składający się z przekładni, sprzęgieł i wrzeciona. Jego zadaniem jest przeniesienie napędu z wału obrotowego silnika na wrzeciono.
- Wrzeciono – służy do zamocowania narzędzia, posiada kształt wału i jest bardzo precyzyjnie łożyskowane.
- Osłona – zabezpiecza przed kontaktem z elementami ruchomymi obrabiarki.
- Konik – zapewnia podparcie dla przedmiotu obrabianego.
- Suport – umożliwia ruch posuwowy na jednym kierunku wzdłuż linii prostej.
- Zespół głowicy narzędziowej – umożliwia ruch obrotowy głowicy.
Dodatkowo w budowie frezarek CNC wyróżnia się różnego rodzaju zespoły realizujące konkretne funkcje i zadania. Należą do nich:
- Napędy główne (silniki elektryczne, układy napędowe, przekładnie zębate, pasowe i mechaniczne, hamulce i sprzęgła).
- Napędy posuwu (serwonapędowe układy prądu przemiennego i stałego, silniki krokowe, silniki serwonapędowe, przekładnie śrubowe, zębate, pasowe.
- Układy pneumatyczne i hydrauliczne (siłowniki, pompy, zespoły sterowania).
- Układy elektryczne – (prostowniki i przetworniki prądu, aparatura elektroniczna i elektryczna, zasilanie).
- Układy manipulacyjne i zespoły mechaniczne (stoły magnetyczne, podziałowe, magazyny narzędzi i materiałów, mechanizmy transportowe, manipulacyjne i podajnikowe).
- Układy sterujące (układy sterowania PLC i CNC).
- Układy diagnostyczne (układy pomiarowe i czujniki).
- Pomocnicze (układy smarujące, osłony, układy chłodnicze, prowadnice przewodów).