Co je CNC frézování?
CNC frézování, celý název je Computer Numerical Control Milling, je obráběcí proces, který využívá počítačem řízené a rotující vícebodové řezné nástroje k postupnému odebírání materiálu z obrobku a výrobě dílu nebo produktu na míru. Proces je vhodný pro obrábění různých materiálů, jako je kov, plast, dřevo, a pro výrobu různých dílů a produktů na míru.
V rámci služeb přesného CNC obrábění je k dispozici řada možností, včetně mechanického, chemického, elektrického a tepelného obrábění. CNC frézování je mechanický proces, který zahrnuje vrtání, soustružení a různé další obráběcí procesy, což znamená, že materiál je z obrobku odebírán mechanickými prostředky, jako je působení řezného nástroje frézky.
Tento článek se zaměřuje na proces CNC frézování, nastiňuje základy procesu, stejně jako součásti a nástroje CNC frézky. Kromě toho tento článek zkoumá různé operace frézování a poskytuje alternativy k procesu CNC frézování.
Millingova definice
Co je frézování? Jedná se o typ obrábění, který využívá nástroj k tvarování obrobku na stole, který je obvykle pohyblivý, i když některé frézky mají také pohyblivé nástroje. Frézování bylo původně ruční operací prováděnou dělníky, ale dnes se většina frézování provádí na CNC frézkách, které využívají počítače k dohledu nad procesem frézování. CNC frézování může poskytnout větší přesnost, přesnost a produktivitu, ale existují situace, ve kterých může být ruční frézování užitečné. Ruční frézování vyžaduje mnoho technických dovedností a zkušeností, čímž se zkracuje doba obrátky. Má také další výhodu, že ruční frézky jsou levnější a uživatelé se nemusí starat o programování stroje.
Přehled CNC frézování
Stejně jako většina tradičních mechanických CNC obráběcích procesů, CNC frézovací procesy využívají počítačové ovládání k ovládání a manipulaci s obráběcími stroji, které řežou a tvoří polotovary. Kromě toho tento proces sleduje stejné základní výrobní fáze jako všechny procesy CNC obrábění, včetně:
- Navrhujte CAD modely
- Převod CAD modelů na CNC programy
- Seřízení CNC frézky
- Proveďte operaci frézování
Co je CNC frézování?
Projekt CNC frézování proces začíná vytvořením 2D nebo 3D CAD návrhu součásti. Kompletní návrh je poté exportován do formátu souboru kompatibilního s CNC a převeden pomocí softwaru CAM do programu CNC stroje, který určuje pohyb stroje a pohyb nástroje po obrobku. Než obsluha spustí CNC program, připraví CNC frézku tak, že upevní obrobek k pracovní ploše obráběcího stroje (tj. stůl) nebo k držáku obrobku (např. svěráku) a namontuje frézku ke stroji. nástrojové vřeteno. Proces CNC frézování využívá výkonné horizontální nebo vertikální CNC frézky – v závislosti na specifikacích a požadavcích frézovací aplikace – a také rotující vícebodové (tj. vícezubé) řezné nástroje, jako jsou frézy a vrtáky. Když je stroj připraven, operátor spustí program přes rozhraní stroje, který vyzve stroj k provedení frézovací operace.
Jakmile je zahájen proces CNC frézování, obráběcí stroj začne otáčet řezným nástrojem rychlostí až několik tisíc otáček za minutu. V závislosti na typu použité frézky a požadavcích frézovací aplikace, když se nástroj zanoří do obrobku, stroj provede jeden z následujících úkonů, aby provedl potřebné řezy na obrobku:
- Pomalu zasuňte obrobek do stacionárního rotujícího nástroje
- Pohyb nástroje na stacionárním obrobku
- Relativní pohyb nástroje a obrobku
Na rozdíl od procesu ručního frézování při CNC frézování obráběcí stroj obvykle posouvá pohyblivý obrobek rotací řezného nástroje spíše než rotací řezného nástroje. Frézovací operace, které dodržují tuto konvenci, se nazývají sousledné frézování, zatímco opačná operace se nazývá konvenční frézovací operace.
Obecně platí, že frézování je nejvhodnější jako doplňkový nebo dokončovací proces k obráběnému obrobku k poskytnutí definice prvků součásti, jako jsou díry, drážky a závity, nebo k výrobě prvků součásti. Proces však lze také použít k tvarování zásobního materiálu od začátku do konce. V obou případech se při procesu frézování postupně odebírá materiál, aby se vytvořil požadovaný tvar a tvar součásti. Nejprve nástroj odřízne malé kousky nebo třísky z obrobku, aby vytvořil přibližný tvar. Obrobek je pak frézován ve vyšším rozvrhu a s větší přesností, aby se dokončil díl s jeho přesnými vlastnostmi a specifikacemi. Často je potřeba hotový díl opracovat několikrát, aby se dosáhlo požadované přesnosti a tolerancí. U dílů se složitější geometrií, jakmile je frézovací operace dokončena a součást je vyrobena podle zákaznických specifikací, přechází frézovaná součást do dokončovacích a postprocesních fází výroby.
Obsluha CNC frézování
CNC frézování je obráběcí proces vhodný pro výrobu vysoce přesných dílů s vysokou tolerancí v prototypových, jednorázových a malých až středních výrobních sériích. Zatímco součásti jsou typicky vyráběny s tolerancí v rozmezí od +/- 2 vlákna do +/- 10 vláken, některé frézky mohou dosáhnout tolerancí až +/- 1 vlákno nebo dokonce vyšších. Všestrannost procesu frézování umožňuje jeho použití v celé řadě průmyslových odvětví a pro různé prvky a konstrukce součástí, včetně drážek, zkosení, závitů a kapes. Mezi nejběžnější CNC frézovací operace patří:
- Čelní frézování
- Ploché frézování
- Úhlové frézování
- Frézování formy
čelní frézování
Čelní frézování, při kterém je osa rotace řezného nástroje kolmá k povrchu obrobku. Tato metoda využívá čelní frézu, která má zuby jak na obvodu, tak na čele nástroje, přičemž obvodové zuby se primárně používají pro řezání a čelní zuby se používají pro dokončovací aplikace. Čelní frézování se obvykle používá k vytvoření plochých povrchů a obrysů na hotové součásti a je schopno produkovat kvalitnější povrchovou úpravu než jiné frézovací procesy. Tento proces podporují vertikální i horizontální frézky.
Typy čelního frézování zahrnují stopkové frézy a boční frézy, které používají stopkové a boční frézy.
Ploché frézování
Čelní frézování, také známé jako čelní frézování nebo frézování desek, při kterém je osa rotace řezného nástroje rovnoběžná s povrchem obrobku. Proces využívá běžné zuby frézy k provádění řezných operací na okraji. V závislosti na specifikacích frézovací aplikace, jako je hloubka řezu a velikost obrobku, jsou k dispozici úzké a široké frézy. Úzké nože umožňují hlubší řezy, zatímco široké nože lze použít pro řezání větších ploch. Pokud aplikace čelního frézování vyžaduje odstranění velkého množství materiálu z obrobku, operátor začne používat frézu s hrubými zuby, pomalé řezné rychlosti a vysoké rychlosti posuvu, aby vytvořil přibližnou geometrii zakázkově navržené součásti. Operátoři poté zavedou frézy s jemnějším ozubením, vyšší řezné rychlosti a nižší rychlosti posuvu, aby vytvořily detaily hotové součásti.
Úhlové frézování
Úhlové frézování je takové, kde je osa otáčení řezného nástroje pod úhlem vzhledem k povrchu obrobku. Proces využívá jednoúhlové frézy (úhlové podle konkrétního obráběného designu) k vytvoření úhlových prvků, jako jsou zkosení, zoubkování a drážky. Běžnou aplikací pro úhlové frézování je výroba rybinových ocasů, kde se používají rybinové frézy 45°, 50°, 55° nebo 60° v závislosti na provedení rybiny.
Frézování formy
Profilové frézování se týká frézovacích operací zahrnujících nepravidelné povrchy, obrysy a profily, jako jsou díly se zakřivenými a rovnými povrchy nebo plně zakřivené povrchy. Proces využívá profilové nebo letmé frézy navržené pro specifické aplikace, jako jsou konvexní, konkávní a rohové frézy na zaoblení. Některé běžné aplikace pro tvarové frézování zahrnují výrobu polokulových a půlkruhových dutin, kuliček a profilů, stejně jako komplexní návrhy a složité díly z jediného nastavení stroje.
Ostatní frézovací operace
Kromě výše uvedených operací lze na frézkách provádět další specializované frézovací a obráběcí operace. Příklady dalších dostupných typů frézovacích operací zahrnují:
Krokové frézování: Stupňovité frézování označuje operaci frézování, při které obráběcí stroj obrábí dva nebo více rovnoběžných povrchů obrobku v jednom řezu. Proces využívá dvě frézy na stejném vřetenu stroje, uspořádané tak, že frézy jsou na obou stranách obrobku a mohou frézovat obě strany současně
Kombinované frézování: Co je kombinované frézování? Kombinované frézování je frézovací operace prováděná dvěma nebo více nástroji (obvykle různých velikostí, tvarů nebo šířek) na stejném trnu stroje. Každá fréza může provádět stejnou operaci řezání současně nebo různé operace řezání současně, což umožňuje výrobu složitějších dílů v kratších výrobních časech.
Frézování kontur: Frézování kontur je místo, kde obráběcí stroj vytváří řeznou dráhu na obrobku podél svislého nebo nakloněného povrchu. Proces využívá profilové frézovací zařízení a řezné nástroje, které mohou být rovnoběžné nebo kolmé k povrchu obrobku.
Řezání ozubených kol: Řezání ozubených kol je operace frézování, která využívá evolventní frézu ozubení k vytvoření ozubení. Tyto frézy jsou typem profilové frézy a jsou k dispozici v různých tvarech a velikostech rozteče v závislosti na počtu zubů požadovaných pro konkrétní konstrukci ozubeného kola. V tomto procesu lze k výrobě ozubení použít také speciální soustružnické bity.
Další obráběcí procesy: Protože frézky podporují použití jiných obráběcích strojů než frézovacích nástrojů, lze je použít pro jiné obráběcí procesy než frézování, jako je vrtání, vyvrtávání, vystružování a závitování.
Stejně jako většina CNC obráběcích procesů, CNC frézovací proces používá CAD software pro generování počátečního návrhu součásti a CAM software pro generování CNC programu, který poskytuje obráběcí instrukce pro výrobu součásti. CNC program se poté nahraje do zvoleného CNC stroje, aby se zahájil a provedl proces frézování.
Bezpečnostní opatření pro frézku
Obecně se frézky dělí na horizontální a vertikální strojní konfigurace a rozlišují se podle počtu os pohybu.
Na vertikální frézce je vřeteno stroje orientováno vertikálně, zatímco při horizontální orientaci je vřeteno frézky umístěno horizontálně. Horizontální stroje také zahrnují vřetena během frézování pro dodatečnou podporu a stabilitu, stejně jako schopnost podporovat širokou škálu řezných nástrojů, jako je frézování na kotouči a obrábění.
Ovládání vertikálních i horizontálních frézek závisí na typu použitého stroje. Některé stroje mohou například zvedat a spouštět vřeteno a pohybovat stolem příčně, zatímco jiné stroje mají pevné vřeteno a stůl, které se mohou pohybovat horizontálně, vertikálně a rotačně. Při výběru vertikálních a horizontálních frézek musí výrobci a prodejny zvážit požadavky frézovací aplikace, jako je počet ploch, které je třeba frézovat, a velikost a tvar součásti. Například těžké obrobky jsou vhodnější pro horizontální frézování, zatímco hloubicí aplikace jsou vhodnější pro vertikální frézovací operace. K dispozici je také pomocná zařízení, která mohou dovybavit vertikální nebo horizontální stroje pro podporu opačného procesu.
Většina CNC fréz může používat 3 až 5 os – obvykle poskytuje výkon podél osy XYZ a (pokud je to možné) kolem osy otáčení. Osy X a Y představují horizontální pohyb (pohyb doleva a doprava a tam a zpět po rovině), zatímco osa Z představuje vertikální pohyb (pohyb nahoru a dolů) a W představuje horizontální pohyb. – Osa představuje diagonální pohyb ve vertikální rovině. U základních CNC frézek je možný horizontální pohyb ve dvou osách (XY), zatímco novější modely umožňují další osy pohybu, jako jsou 3-, 4- a 5-osé CNC stroje. Níže je uveden přehled některých charakteristik frézek klasifikovaných podle počtu os pohybu.
3 os
- Schopný splnit většinu požadavků na obrábění
- Nastavení stroje je jednoduché.
- Vyžaduje se pouze jedna pracovní stanice
- Vyšší znalostní požadavky na operátory
- nižší účinnost a kvalita
4 os
- Lepší možnosti než 3osé stroje
- Vyšší přesnost a přesnost než 3osé stroje
- Nastavení stroje je složitější než u 3osých strojů
- Dražší než tříosý stroj
5 os
- Lze nakonfigurovat s více osami (např. 4+1, 3+2 nebo 5)
- silnější
- V závislosti na konfiguraci se rychlejší klávesy obsluhují snadněji než u tří- a čtyřosých strojů
- Vyšší úroveň kvality a přesnosti
- V závislosti na konfiguraci běží pomaleji než 3osé a 4osé obrábění
- Dražší než 3osé a 4osé stroje
V závislosti na typu použité frézky může být stroj, stůl stroje nebo obě součásti dynamické. Dynamické stoly se obvykle pohybují podél osy XY, ale mohou se také pohybovat nahoru a dolů pro úpravu hloubky řezu a rotovat podél svislé nebo vodorovné osy pro rozšíření řezu. Pro frézovací aplikace vyžadující dynamické nástroje se kromě vlastního rotačního pohybu obráběcí stroj pohybuje vertikálně podél více os, což umožňuje, aby se do obrobku zařezával obvod nástroje (spíše než jen jeho špička). CNC frézky s větší mírou volnosti umožňují větší univerzálnost a komplexnost vyráběných frézovaných dílů.
Typ frézky
Pro různé obráběcí aplikace je k dispozici několik různých typů frézek. Kromě toho, že jsou frézky klasifikovány pouze na základě konfigurace stroje nebo počtu os pohybu, mohou být také klasifikovány podle jejich specifických vlastností. Některé z nejběžnějších typů frézek zahrnují:
- kolenní typ
- Typ berana
- Typ postele (nebo výrobní typ)
- hoblík
Kolenní typ: Kolenové frézky mají pevné vřeteno a vertikálně nastavitelný stůl, který spočívá na sedle podepřeném kolenem. V závislosti na poloze stroje lze koleno spustit a zvedat na sloupku. Některé příklady kolenových fréz zahrnují stojací a stolní horizontální frézy.
Typ beranu: Frézky typu beran používají vřeteno, které je připevněno ke sloupu, což umožňuje stroji pohybovat se podél osy XY s pohyblivým krytem (tj. RAM). Mezi dva nejběžnější typy vertikálních frézek patří stojací univerzální horizontální frézky a frézky s rotační frézou.
Typ lože: Frézka typu lože používá stůl přímo upevněný na stroji, aby se zabránilo pohybu obrobku podél osy Y a Z. Obrobek je umístěn pod řezným nástrojem, který se může v závislosti na stroji pohybovat podél osy XYZ. Některé z dostupných ložových frézek zahrnují jednostranné, oboustranné a třístranné frézky. Jednostranné stroje používají jedno vřeteno, které se pohybuje podél osy X nebo Y, zatímco oboustranné stroje používají dvě vřetena, zatímco třístranné stroje používají tři vřetena (dvě horizontální a jedno vertikální) k obrábění podél os XY a XYZ, resp.
Hoblovací frézy: Hoblovací frézy jsou podobné stolovým frézám v tom, že mají stůl, který je upevněn podél osy Y a Z, a vřeteno, které se může pohybovat podél osy XYZ. Hoblíky však mohou současně podporovat více strojů (obvykle až čtyři), čímž se zkracují dodací lhůty pro složité díly.
Některé ze speciálních typů frézek, které jsou k dispozici, zahrnují rotační stolní, bubnové a planetové frézky. Frézky s otočným stolem mají kruhový stůl, který se otáčí kolem svislé osy a pro hrubování a dokončování využívá stroje umístěné v různých výškách. Bubnová frézka je podobná stroji s rotačním stolem, až na to, že stůl se nazývá „buben“ a otáčí se kolem vodorovné osy. U planetového stroje je stůl pevný a obrobek je válcový. Rotující stroj se pohybuje po povrchu obrobku a řeže vnitřní i vnější prvky, jako jsou závity.
Zpracování materiálů
Proces CNC frézování se nejlépe používá jako sekundární obráběcí proces, který poskytuje dokončovací schopnosti pro zakázkově navržené díly, ale lze jej také použít k výrobě zakázkově navržených a speciálních dílů od začátku do konce. Technologie CNC frézování umožňuje proces obrábění dílů z různých materiálů, včetně:
- Kovy (včetně slitin, speciálních kovů, těžkých kovů atd.)
- Plasty (včetně termosetů a termoplastů)
- elastomer
- kompozitní materiál
- dřevo
Jako u všech obráběcích procesů je třeba při výběru materiálu pro frézování vzít v úvahu několik faktorů, jako jsou vlastnosti materiálu (tj. tvrdost, pevnost v tahu a ve smyku, chemická odolnost a odolnost vůči vysokým teplotám) a nákladová efektivita materiálu. zpracovatelský materiál. Tato kritéria určují, v tomto pořadí, zda je materiál vhodný pro proces frézování a rozpočtová omezení aplikace frézování. Zvolený materiál určuje typ použitého stroje a jeho konstrukci, stejně jako optimální nastavení stroje včetně řezné rychlosti, posuvu a hloubky řezu.
Co je tedy CNC frézování?
CNC frézování je obráběcí proces vhodný pro obrábění různých materiálů a výrobu různých dílů na míru. I když tento proces může vykazovat výhody oproti jiným procesům obrábění, nemusí být vhodný pro každou výrobní aplikaci a jiné procesy se mohou ukázat jako vhodnější a nákladově efektivnější.
Některé další konvenčnější obráběcí procesy zahrnují vrtání a soustružení. Stejně jako frézování se vrtání obvykle provádí vícebodovým nástrojem (tj. vrtákem), zatímco soustružení se provádí nástrojem s jedním hrotem. Při otáčení se však obrobek může pohybovat a otáčet jako některé frézovací aplikace, zatímco během vrtání je obrobek během vrtání nehybný.
Některé nekonvenční procesy obrábění (tj. bez použití obráběcích strojů, ale stále s procesy mechanického úběru materiálu) zahrnují obrábění ultrazvukem, řezání vodním paprskem a obrábění abrazivním paprskem. Nekonvenční, neobráběcí procesy (tj. chemické, elektrické a tepelné procesy obrábění) poskytují další alternativy k odstraňování materiálu z obrobků, které nepoužívají obráběcí stroje nebo procesy mechanického odstraňování materiálu, včetně chemického frézování, elektrochemického odstraňování otřepů, laserového řezání a řezání plazmovým obloukem . Tyto nekonvenční způsoby obrábění podporují výrobu složitějších, náročnějších a specializovaných dílů, které často nejsou možné konvenčním obráběním.
