CNC Правене срещу фрезероване: Койят процес за обработка е най-добър за вашия проект

Разбиране на CNC обработка чрез точене и нейните основни приложения

Основни принципи на CNC точенето

CNC точенето работи чрез премахване на материал от нещо, което се върти, докато рязещите инструменти остават неподвижни, което позволява изработването на различни кръгли части. Това се различава от фрезерни операции, при които всичко остава неподвижно, с изключение на движещата се рязеща глава. Цялата идея зад точенето зависи от симетричното въртене на детайлите, което е логично, като се имат предвид често срещани предмети като валове на двигатели, тръбни фитинги и метални пръстени, използвани в машини. Днес повечето CNC токарни машини са оборудвани с компютърно управление, което регулира скоростите, подаването и точното позициониране на режещите инструменти. Някои напреднали машини могат да поддържат размери с точност до половин хилядна от милиметър, което производителите наистина нуждаят за части, които трябва да пасват перфектно една към друга без никаква люспа.

Как движението на инструмента и въртенето на заготовката определят точенето

При обработка на детайли на токарен стан, рязещият инструмент се движи напред-назад по оси X и Z, докато заготовката се върти. Това движение позволява прецизно формоване, тъй като можем точно да контролираме колко материал се премахва при всеки минаване. При фасови операции инструментът реже напречно към края на детайла под прав ъгъл спрямо оста на въртене, което прави повърхностите гладки и равни. Наклонното точене работи по различен начин – в този случай операторът накланя леко инструмента, за да се получат конусообразни форми, необходими за много детайли. Съвременните машини могат да работят с изключително високи скорости, понякога достигайки 10 000 оборота в минута. По-високите скорости на шпиндела значително подобряват качеството на крайния продукт, тъй като оставят по-малко видими следи от инструмента и намаляват нежеланите вибрации, които биха могли да повлияят върху размерната точност.

Типични приложения на CNC точене в промишлеността

CNC обработка чрез навиване се използва широко за производство на ротационно симетрични компоненти в ключови индустрии:

• Автомобилни : Клапани за двигатели, пръстени на буталата и предавателни валове
• Аерокосмическа : Хидравлични фитинги, турбинни валове и лагери за шасита
• Медицински : Ортопедични импланти, дръжки на хирургически инструменти и цилиндри на спринцовки

А проучване за прецизна обработка от 2024 г. установи, че 78% от цилиндричните медицински компоненти се произвеждат чрез навиване поради способността му да постига изключително гладки повърхности (Ra ≤ 0,8 μm), които са от решаващо значение за стерилизацията и биосъвместимостта.

Точност при обработката и качество на повърхността при операции по навиване

Получаването на високоточни измервания с отклонение около плюс или минус 0,01 мм обикновено изисква здрави инструментални настройки и машинни легла, които ефективно гасят вибрациите. Когато става въпрос за завършителни операции, диамантените покрити режещи инструменти наистина правят разлика, като намаляват дебелината на повърхността до между Ra 0,4 и Ra 0,8 микрона. Фрезови центри с въртящи се инструменти отварят множество възможности. Те могат да извършват операции като свредлене напречно на оста или създаване на равни повърхности върху цилиндрични детайли, което надхвърля значително възможностите на стандартните токарни машини. Но ето къде е уловката: токарните операции просто не са достатъчни при работа със сложни форми, които не са кръгови. Точно тогава фрезоването се превръща в предпочитано решение за такива предизвикателства в производствените цехове навсякъде.

Изследване на CNC фрезоването: Възможности и чести приложения

Основи на CNC фрезови операции

При CNC фрезероване многоточкови режещи инструменти се въртят и премахват материал от заготовка, която остава неподвижна по време на процеса. Тази конфигурация работи изключително добре при създаването на сложни форми като пазове, джобове и трудни за изработване 3D контури, които биха били трудно постижими по друг начин. Това, което се случва тук, е доста просто – обработваният компонент изобщо не се движи, докато режещият инструмент „танцува“ в три, четири, понякога дори пет различни посоки. Лицево фрезероване, периферно фрезероване и нарязване на резби са само някои от типичните операции, извършвани от тези машини. В днешно време качествените CNC фрези могат да достигнат изключително тесни допуски, до ±0,0005 инча. Такава прецизност ги прави незаменими в индустрии, където точността има най-голямо значение – като аерокосмическата инженерия, автомобилното производство и производството на медицински устройства.

Как фрезероването се различава от обработка чрез напречно точене по отношение на динамиката на инструмента и заготовката

Фрезероването работи по-различно от обработката чрез точене, при която заготовката се върти и работата извършва единичен режещ инструмент. Вместо това, при фрезероването заготовката остава неподвижна, докато многопосочен въртящ се резец се движи по няколко оси. Този подход позволява на производителите да създават най-различни форми, които просто не могат ефективно да бъдат реализирани чрез традиционни методи за точене. Помислете за плоски повърхности, сложни предавки или дори кутиевидни корпуси – всички те са възможни чрез фрезерни техники. Съвременните петосни фрезерни машини разширяват тези възможности, като достигат пет различни страни на детайла по време на една-единствена операция. Това намалява грешките, причинени от преместването на частите между отделните операции, и отваря врати към създаването на значително по-сложни геометрии. За компании, работещи върху прототипи или малки серии от детайли с висока сложност, CNC фрезероването става изключително важно, тъй като се справя много по-добре с такива сложни проекти в сравнение с други машинни процеси.

Чести промишлени приложения на CNC фрезероването

CNC фрезероването поддържа изискващи приложения, които изискват висока точност и гъвкавост в дизайна:

• Аерокосмическа : Лопатки на турбини, конструктивни съединения и леки алуминиеви компоненти
• Автомобилни : Блокове на двигатели, кутии на трансмисии и части от окачването
• Медицински : Импланти и хирургически инструменти, изработени от биосъвместими материали
• Електроника : Охладители, корпуси и прецизни конектори

А доклад за производството през 2024 г. разкри, че 68% от производителите в аерокосмическата промишленост разчитат на 5-осно фрезероване за критични по отношение на мисията компоненти, като по този начин подчертават неговото значение в напредналото инженерство.

Постигане на прецизност и качество на повърхнината при фрезероване

Повърхностни финиши под 8 µin Ra могат да бъдат постигнати чрез оптимизирани скорости на шпиндела, стратегии за пътя на инструмента и напреднали покрития на инструменти. Основните фактори, влияещи върху качеството, включват:

• Стабилност на инструмента : Твърдосплавни или с диамантено покритие инструменти минимизират огъването и вибрациите
• Системи за охлаждане : Предотвратява топлинно разширение при чувствителни към топлина материали като титан
• Калибрация на машината : Лазерното подравняване осигурява позиционна точност на ниво микрометри

Фрезероването с много оси намалява нуждата от препозициониране, запазвайки допуснатите стойности в рамките на ±0,0002 инча — критично за приложения с висок риск

Основни различия между CNC обработка чрез напречно точене и фрезероване

Движение на детайлите: въртящ се спрямо неподвижен

Това, което наистина отличава тези процеси, е начина, по който се движи материала по време на работа. Когато говорим за CNC обработка чрез навиване, случващото се е, че детайлът, върху който се работи, се върти много бързо — обикновено между 1000 и 3000 оборота в минута. В същото време режещият инструмент остава неподвижен и извършва радиални рязания. Тази конфигурация работи най-добре при създаването на кръгли или конусообразни обекти, като различни видове валове и втулки. От друга страна, при CNC фрезероване нещата работят по различен начин. Тук детайлът остава неподвижен, докато самият режещ инструмент се движи в различни посоки. Инструментът има няколко режещи точки и може да се движи по множество оси, което му позволява да създава всевъзможни форми — от прости равни повърхности до сложни ъгли и необичайни контури. Помислете за зъбни колела или корпусни компоненти на машини, където такава гъвкавост е изключително полезна.

Сравнение по точност, качество на повърхността и допуски

Навиването обикновено осигурява по-тесни допуски (±0,001"–0,005") и по-гладки повърхности (0,8–1,6 μm Ra) за симетрични части поради непрекъснатия контакт по време на въртене. Фрезоването постига съпоставим контрол върху размерите (±0,002"–0,010"), макар че сложните геометрии може да изискват допълнителни стъпки за довършване. За неокръглени елементи като пазове или джобове фрезоването осигурява по-висока прецизност и последователност.

Гъвкавост на процеса и сложност за различни геометрии

Когато става въпрос за производство, обработката чрез навиване дава най-добри резултати при предмети с кръгла или цилиндрична форма. Фрезероването от своя страна се справя с всички видове форми – от наклонени повърхности до нарязани отвори и дори сложни триизмерни форми. Последното поколение многопосови фрезерни машини промени значително правилата на играта, като позволява на цеховете да комбинират тези два метода в една настройка, което спестява време и пари. Въпреки това, все още е полезно да се отбележи, че традиционното фрезероване запазва своето предимство при обработка на детайли, които не са просто прости кръгове или имат няколко равни страни. Това прави фрезероването особено подходящо за създаване на сложни дизайни, които биха били невъзможни само със стандартни техники за навиване.

Как да изберете между CNC навиване и фрезероване за вашия проект

Съпоставяне на геометрията на детайлите и изискванията към функциите с подходящия процес

CNC обработката чрез навиване работи много добре за детайли, които са симетрични около ос, като вала, втулки и подобни. Но когато в дизайна присъстват неща, различни от това – например шестоъгълни форми, дълбоки джобове или извити повърхнини, тогава CNC фрезероването започва да се отличава. Машините могат да се движат в няколко посоки, което ги прави значително по-гъвкави за сложни геометрии. Наскорошно проучване от Machining Processes през 2024 г. също установи доста интересни резултати. Анализирали различни видове проекти и установили, че приблизително 78% от тях постигат по-добра размерна точност, когато преминат от навиване към фрезероване за тези некръгови елементи. Всъщност това е логично, тъй като допълнителните възможности за движение дават на производителите по-голям контрол върху сложните форми.

Предпоставки за материала при избор между CNC навиване и фрезероване

• Метални материали : Алуминият и месингът се представят добре при двата процеса; въглеродистите стомани обикновено са по-подходящи за фрезероване поради ангажирането на инструмента и изискванията за прецизност
• Пластмаси : Правенето на въртеливи движения намалява риска от деламинация при акрили, докато фрезоването по-ефективно обработва полимери, армирани с влакна
• Композитни материали : Фрезоването помага за управление на износването на инструмента при абразивни материали като въглеродно влакно

Правенето на въртеливи движения консумира с 15–20% по-малко енергия в сравнение с фрезоването при меки метали, което го прави по-икономично за производство в големи обеми на прости цилиндрични части.

Обем на производството, ефективност и икономическа изгодност

Когато серийното производство надхвърли около 500 броя, обработката с CNC рязане намалява разходите за отделна част с приблизително 30 до 40 процента, тъй като работи значително по-бързо и изисква по-малко етапи за настройка. За по-малки серии от 50 до 200 единици, особено при сложни компоненти, фрезоването често е по-икономически изгодно, тъй като машините могат да използват няколко инструмента едновременно, без нужда от допълнителни процеси. Много цехове днес всъщност комбинират двата метода – първо извършват грубо оформяне чрез рязане, след което довършват детайлите чрез фрезоване, което им осигурява оптимален баланс между скорост и качество при умерени и високи обеми производство.

Анализ на разходите и бъдещи тенденции в CNC обработката

Сравнение на разходите за настройка, инструменти и експлоатация

Когато става въпрос за разходи за настройка, CNC обработката често има предимство, тъй като приспособленията са много по-прости, особено при работа с кръгли части. Фрезоването от друга страна изисква много по-сложна програма и често сменяне на инструменти, макар че това позволява на производителите да изработват наистина детайни форми наведнъж. Разходите за инструменти при фрезоване обикновено нарастват бързо, тъй като цеховете имат нужда от много различни типове фрези и рязане на пластинки само за да обработят контури, отвори и джобове в материали. За компании, произвеждащи големи серии въртящи се симетрични продукти, обработката е икономически оправдана, тъй като цената на единица е по-ниска. Но за сложни призматични форми или всичко с комплексна геометрия, които не могат да бъдат постигнати чрез просто въртене, фрезоването си заслужава допълнителните разходи, въпреки по-високите първоначални разходи.

Рентабилност на инвестициите при малки и големи серийни производства

При изготвянето на прототипи в малки серии, CNC фрезероването дава на дизайнерите значително по-голяма свобода, без да претоварва бюджета, особено полезно в области като аерокосмическата промишленост, където частите трябва да се сглобяват с висока точност. За по-големи производствени поръчки, като например производство на автомобилни двигатели, обработката чрез навиване обикновено осигурява по-добри резултати, тъй като работи по-бързо и оставя по-малко отпадъчен метал. Според проучване, публикувано миналата година, компаниите, които комбинират навиване за първоначалната форма с фрезероване за окончателната обработка, могат да намалят разходите си за единица продукт между 12 и 18 процента при производство на над десет хиляди бройки. Този подход е логичен както от икономическа, така и от практическа гледна точка за производителите, които търсят баланс между качество и бюджетни ограничения.

Възникващи тенденции: Автоматизация, Многофункционални машини и Устойчивост

От 2022 г. машинни центрове с изкуствен интелект, управлявани от компютър, намалиха грешките по време на производството с около 34%. Тези интелигентни системи постоянно коригират скоростите на подаване и променят траекториите на инструментите по време на работа, което означава по-малко загуба на материал и детайли с последователно високо качество. По-новите многофункционални машини могат да извършват едновременно обработка чрез напречна и напречна фрезеровка, поради което сложни части, като тези, използвани в реактивни двигатели, се произвеждат около 40% по-бързо. Екологичното производство вече не е просто модна дума. Наскорошно проучване показа, че почти две трети от работилниците правят промени, като включват рециклирани метали в процесите си или преминават към мотори с по-ниско енергопотребление, което намалява общото потребление на енергия с около 15%. Повечето компании, следвайки тези подходи, по естествен начин отговарят на изискванията на ISO 14001, като продължават да произвеждат детайли, отговарящи на строгите допуски, изисквани от клиентите.