CNC-pööramine vs freisimine: milline töötlusprotsess sobib teie projekti parimaks

CNC Töödeldavuse Mõistmine ja Selle Põhirakendused

CNC Töödeldavuse Põhimõtted

CNC-pöördtöötlemine toimib nii, et materjal eemaldatakse pöörlevast detailist, samal ajal kui lõiketööriistad on paigal, mis võimaldab valmistada erinevaid ümara kujuga detaile. See erineb freesimisest, kus kõik on liikumatu, välja arvatud liikuv lõikepea. Pöördtöötlemise aluseks on sümmeetriline pöörlemine, mis on loogiline silmas pidades levinud esemeid, nagu mootorivardad, torukuplid ja masinatele mõeldud metallringid. Tänapäeval on enamikul CNC-pöörlatidatel arvutijuhtimine, mis reguleerib kiirusi, sööteid ja lõiketööriistade täpset asukohta. Mõned täpsemad seadmed suudavad hoida mõõtmeid umbes poole tuhandiku millimeetri piires, mis on tootjatele oluline täpsuse saavutamiseks sellistes osades, mis peavad täpselt kokku sobima ilma luksus.

Kuidas tööriista liikumine ja tööpiece pöörlemine määratlevad pöördtöötlemise

Kui töödeldakse detaile pöörlel, liigub lõiketööriist tööpiece'i pöördumisel edasi-tagasi nii X- kui ka Z-suunas. See liikumine võimaldab täpset kujundamist, kuna saame täpselt kontrollida, kui palju materjali eemaldatakse igal läbimisel. Otstöötlemise korral lõikab tööriist komponendi otsa risti sellega, kuidas see pöörleb, mis teeb pinnad ilusti tasaseks. Kaldpööramine toimib siiski erinevalt – siin keerab operaator tööriista veidi kallutades, et luua need koonusjulised kujud, mida paljud detailid nõuavad. Kaasaegsed masinad suudavad aga liikuda ka väga suurte kiirustega, mõnikord jõudes isegi 10 000 pööret minutis. Need kõrgemad telje kiirused mõjutavad tunduvalt lõpptootmise kvaliteeti, kuna jätab vähem nähtavaid lõiketööriista jälgi ja vähendab soovimatuid vibratsioone, mis võivad mõjutada mõõtmete täpsust.

Tüüpilised CNC-pööramise kasutusjuhud töinduses

CNC-pöörimist kasutatakse laialdaselt keerdsümmeetriliste komponentide valmistamiseks mitmes olulises tööstusharus:

• Autotööstus : mootoriklappid, pistrikolvid ja käigukasti võllid
• Lennundus : hüdraulikühendused, turbiinivõllid ja alusmasina toekatted
• Meditsiiniline : ortopeedilised implantaadid, kirurgiinstrumendide haarakud ja süstaldid

A 2024. aasta täpsetöötlemise uuring leidis, et 78% silindrilisi meditsiinilisi komponente valmistatakse pöörimismeetodil just selle suurepärase pinnaaru saavutamise võime tõttu (Ra ≤ 0,8 μm), mis on kriitilise tähtsusega desinfitseerimise ja biokompatiilsuse seisukohalt.

Töötlemistäpsus ja pinnatöötlus pöördtöötlusoperatsioonides

Kõrge täpsusega mõõtmisteni alla kuni pluss miinus 0,01 mm jõudmiseks on tavaliselt vaja kindlaid tööriistapidurite seadistusi ning masinavood, mis efektiivselt neelavad vibratsioone. Pindtöötluse puhul teevad päriselt erinevust teemantkilega kaetud lõiketööriistad, viies pindraughuse väärtuseni Ra 0,4 kuni Ra 0,8 mikroni. Elavate tööriistadega varustatud frees-pöördmasinad avavad endas mitmesuguseid võimalusi. Need suudavad teostada telgide ristpuurimist või silindriliste detailidele tasapindade loomist, mis ulatub palju kaugemale kui tavapäraste pöörmiste võimalused. Kuid siin on küsimus: keeramistööd ei sobi keerukate, mitte-ringikujuliste kujundite puhul. Just sellistes tootmiskontorite probleemides on freesimine kõige sobivam lahendus.

CNC-freestamise uurimine: võimalused ja levinud rakendused

CNC-freestamise operatsioonide alused

CNC-freisimisel pöörlevad mitmepunkt-lõiketööriistad ja eemaldavad materjali paigalseisvas töödetaol. See seade sobib eriti hästi keeruliste kujundite nagu otsad, sisselõiked ja keerulised 3D-kontuurid loomiseks, mida oleks muidu raske valmistada. Siin toimub tegelikult üsna lihtne protsess – töödeldav osa ei liigu üldse, samas kui lõiketööriist liigub kolmes, neljas ja mõnikord isegi viies erinevas suunas. Näostusfreisimine, perifeerfreisimine ja kääride freisimine on vaid mõned tavapärased ülesanded, mida need masinad täidavad. Tänapäeval suudavad kvaliteetsed CNC-freisid saavutada väga kitsaid tolerantsi, jõudes pluss miinus 0,0005 tollini. Selline täpsus teeb neist asendamatuks sellistes valdkondades, kus täpsus on kõige olulisem – näiteks lennundusinseneris, autotootmises ja meditsiiniseadmete tootmises.

Kuidas freisimine erineb pööramisest tööriista ja töödetaola dünaamikas

Freisimine toimib erinevalt keeramisest, kus töödetais pöörleb ja üksik lõiketööriist teeb töö. Freisimisel hoitakse töödetaisi paigal, samal ajal kui mitmepunktne pöörlev lõiketööriist liigub mitme telje vahel. See lähenemine võimaldab tootjatel luua kõiki tüüpi kujundeid, mida traditsiooniliste keeramismeetoditega ei saa piisavalt hästi teha. Mõelge tasapindadele, keerukatele hamburattadele või isegi kastjas korpustele – kõik need on freisimismeetodite abil võimalikud. Kaasaegsed viieteljelised freesimasinad viivad seda veelgi edasi, kuna suudavad ühe operatsiooni jooksul ligi pääseda komponendi viiele küljele. See vähendab vigu, mis tekivad osade käitlemisel erinevate operatsioonide vahel, ning avab võimalusi palju keerukamate geomeetrite loomiseks. Ettevõtetele, kes töötavad prototüüpide või väikeste partide detailsete komponentide kallal, on CNC-freisimine eriti oluline, sest see toimib nende keerukate konstruktsioonidega palju paremini kui muud töötlemisprotsessid.

CNC-freisimise levinud tööstuslikud rakendused

CNC-freisimine toetab nõudlikke rakendusi, mis vajavad kõrget täpsust ja disainilist paindlikkust:

• Lennundus : Tiiblaid, konstruktsioonikinnitused ja kerged alumiiniumkomponendid
• Autotööstus : Mootorikotid, käigukasti korpused ja vedrustuse osad
• Meditsiiniline : Implantaadid ja kirurgilised instrumendid, valmistatud biokompatiibelsetest materjalidest
• Elektroonika : Soojusjuhted, korpused ja täppisühendused

A 2024. aasta tootmisaruande selgus, et 68% lennurajonduse tootjatest kasutab missioonikriitiliste komponentide jaoks 5-telgelist freisimist, rõhutades selle tähtsust täiustatud inseneritehnoloogias.

Täpsuse ja pindade kvaliteedi saavutamine freisimisel

Pindade töötlemise uldus alla 8 µin Ra on saavutatav optimeeritud spindlipöördekiiruste, tööliikude strateegiate ja täiustatud tööriistapoksuirvuga. Kvaliteeti mõjutavad peamised tegurid on:

• Tööriista kõvadus : Karbiid- või tehisdiamandiga kaetud tööriistad vähendavad paindumist ja vibratsiooni
• Jahutussüsteemid : Vältige soojuslaienemist soojuse tundlikes materjalides, nagu tiitaan
• Masina kalibreerimine : Laserjoondus tagab mikromeetrise positsioonitäpsuse

Mitmeteljeline freesimine vähendab ümberpaigutamise vajadust, säilitades tolerantsid ±0,0002 tolli piires – oluline kõrge täpsuse nõudvates rakendustes

CNC-pööramise ja freesimise peamised erinevused

Töödeta remi liikumine: pöörlev vs. paigal seisva seadega

Seda, mis nende protsesside tõeliselt eristab, on materjali liikumine töö käigus. Kui räägime CNC-pööramisest, siis toimub seejuures töödeldava detaili kiire pöörlemine, tavaliselt vahemikus 1000 kuni 3000 pööret minutis. Samal ajal jääb lõiketööriist paigale ja teeb radiaalseid lõike. See konfiguratsioon sobib kõige paremini ümmarguste või koonuseliste esemete valmistamiseks, näiteks erinevate tüüpi telgede ja sukaade puhul. Teisalt toimib CNC-freisimisel asjad erinevalt. Siin jääb detail paigale, samas kui lõiketööriist ise liigub erinevates suundades. Tööriistal on mitu lõikepunkti ja ta saab liikuda mitme telje järgi, mis võimaldab luua kõiki võimalikke kujundeid – lihtsatest tasapindadest kuni keerukate nurkude ja ebaharilike kontuurideni. Mõelge näiteks masinate hambaharkadele või korpuselementidele, kus selline mitmekülgsus tuleb kasuks.

Täpsus, pindatöötöö ja tolerantsi võrdlused

Pöördtöötlemine tagab tihedamad lubatud kõrvalekalded (±0,001"–0,005") ja siledamad pinnakatted (0,8–1,6 μm Ra) sümmeetriliste detailide puhul pideva puutumise tõttu pöörlemise ajal. Freisimine saavutab võrreldava mõõtmete kontrolli (±0,002"–0,010"), kuid keerukamate geomeetriatega võib nõuda täiendavaid viimistlusettepanekuid. Mitteringikujuliste elementide, nagu otsade või sisselõigete, puhul pakub freisimine paremat täpsust ja järjepidevust.

Protsessi paindlikkus ja keerukus erinevate geomeetrite puhul

Tootmises sobib pööramine kõige paremini ümara või silindrilise kuju esemete puhul. Freisimine aga toimib hästi erinevate kujunditega, alustades nurkade poolest ja lõpetades keermeaukude ning isegi keerukate kolmemõõtmeliste kujunditega. Viimase põlvkonna mitmeteljeline freis-pöörde seadmete kasutuselevõtt on mängu teatud määral muutnud, võimaldades töökodadele liita need kaks meetodit ühte protsessi, mis säästab aega ja raha. Siiski tuleb rõhutada, et traditsiooniline freisimine säilitab oma positsiooni osade puhul, mis ei ole lihtsalt ümarad ega sisalda mitmeid tasapindu. See muudab freisimise eriti kasulikuks keerukate kujundite loomisel, mida pole võimalik saavutada ainult tavapärase pööramise abil.

Kuidas valida oma projekti jaoks sobiv CNC-pööramine või freisimine

Osade geomeetria ja nõuete vastendamine õige protsessiga

CNC-pöördtöötlemine sobib eriti hästi osadele, mis on sümmeetrilised telje ümber, nagu vardad, kuusid ja sarnased asjad. Kuid kui konstruktsioonis on midagi erinevat, näiteks kuusnurksed kujundid, sügavad sisselõiked või kõverad pinnad, siis just siin hakkab CNC-freisimine tõeliselt silma paistma. Masinad saavad liikuda mitmes suunas, mis teeb neist palju paindlikumad keerukate geomeetriatega töötlemisel. Hiljutine raport „Machining Processes 2024“ andis ka üsna huvitavaid tulemusi. Uurides erinevaid projekte, leiti, et umbes 78% juhtudest paranes mõõtmete täpsus, kui üle minnes pöördtöötlemisest freisimisele nende mitte-tsilindriliste elementide puhul. Ongi loogiline, sest lisaliikumisvõimalused annavad tootjatele rohkem kontrolli keerukate kujundite üle.

Materjalialased kaalutlused CNC-pöördtöötlemise ja freisimise valikul

• Metallide : Alumiinium ja messing sobivad mõlemisse protsessi hästi; kõvendatud terase puhul on tavaliselt parem valida freisimine, kuna see vastab paremini tööriista haarde ja täpsuse nõuetele
• Plastmass : Pööramine vähendab de laminateerumise ohtu akrüülides, samas kui freisimine toimib paremini kiudarmeeeritud polümeeridega
• Komposiitid : Freisimine aitab hallata tööriistafoorimist abrasiivsetes materjalides, nagu süsinikkiud

Pööramine tarbib 15–20% vähem energiat kui freisimine pehmete metallide puhul, mistõttu on see maksumajanduslikum lihtsate silindriliste osade suuremahulise tootmise jaoks.

Tootmismahukus, Tõhusus ja Majanduslikkus

Kui tootmismahud ületavad umbes 500 tükki, vähenevad CNC-pööramise üksikute detailide kulu ligikaudu 30–40 protsenti, kuna see töötab palju kiiremini ja nõuab vähem seadistamissamme. Väiksemate partide puhul, eriti keerukamate komponentide korral, on sageli soodsam freseerimine, sest masinad suudavad korraga kasutada mitut tööriista ilma täiendavate protsessideta. Paljud töökojad kombineerivad mõlemat meetodit – esialgne jämed töötlemine toimub pööramisega ja lõpptoimingud freseerimisega, mis annab neile parima tasakaalu kiiruse ja kvaliteedi vahel keskmise ja suurema mahutoodangu juures.

Maksumusanalüüs ja tulevased trendid CNC-töötlemises

Seadistamise, tarindite ja operatiivkulude võrdlus

Seadistuskulude osas on CNC-pööramisel tavaliselt eelis, kuna tarvikud on palju lihtsamad, eriti ümarate detailide puhul. Freesimine aga nõuab palju keerulisemat programmeerimist ja sagedast tööriista vahetamist, kuigi see võimaldab tootjatel toota ühe protsessiga väga detailseid kujundeid. Tööriistade kulud kasvavad freesimisel kiiresti, kuna tehased vajavad mitmesuguseid otsfreese ja lõiketeri, et toota materjalides kontuure, augusid ja taskusid. Ettevõtetele, kes toodavad suuri partii pöördsümmeetrilisi tooteid, on pööramine majanduslikult otstarbekas, kuna iga ühiku tootmine läheb odavamaks. Kuid keerukate prismaatiliste kujundite või mistahes keerulise geomeetriaga toodete puhul, mida ei saa saavutada lihtsa pööramisega, on freesimine lisakulude hoolimata investeeringuväärt.

Tulu madalate ja kõrgete tootmispartiidena

Väikestes partiidest prototüüpide valmistamisel annab CNC-freisimine disaineritele palju suurema vabaduse, tehes seda samas kulueffektiivselt, eriti kasulik on see lennunduses, kus osad peavad täpselt koossegu sobima. Suuremate tootmisülesannete puhul, näiteks automootorite valmistamisel, pakuvad pööramisoperatsioonid tavaliselt paremaid tulemusi, kuna need töötavad kiiremini ja jätab vähem priske metalli. Eelmisel aastal avaldatud uuringu kohaselt saavad ettevõtted, kes kasutavad esialgse kujundamiseks pööramist ja lõpptoimetuseks freisimist, oma ühiku tootmiskulusid vähendada 12–18 protsendi võrra, kui valmistatakse üle kümne tuhande tükki. See lähenemine on mõistlik nii majanduslikult kui ka praktiliselt tootjatele, kes soovivad kvaliteeti tasakaalustada eelarvepiirangutega.

Uued trendid: automatiseerimine, mitmetoimelised masinad ja jätkusuutlikkus

Alates 2022. aastast on arvutite kontrollitud töötluskeskused, millesse on integreeritud kunstlik intelligents, vähendanud tootmisel tekkinud vigu umbes 34%. Need nutikad süsteemid kohandavad pidevalt toitmiskiirusi ja tööriistatee läbimise parameetreid, mis tähendab vähemat materjali raiskamist ja järjepidevalt parema kvaliteediga osade valmistamist. Uuemad multifunktsionaalsed masinad suudavad korraga teha nii keeramis- kui ka freesimistoiminguid, mistõttu keeruliste osade, näiteks lennukimootorites kasutatavate osade, valmistamine võtab aega umbes 40% vähem. Roheline tootmine ei ole enam ainult käibesõna. Hiljutine uuring näitas, et peaaegu kaks kolmest töökojast teeb muudatusi, näiteks taaskasutatava metalli oma protsessidesse integreerides või vähema elektritarbimisega mootoritele üleminekut tehes, mille tulemusena on üldine energiatarbimine langenud ligikaudu 15%. Enamik ettevõtteid, kes järgivad neid lähenemisi, täidavad loomulikult ISO 14001 nõudeid, samas kui nende toodetud osad vastavad klientide poolt nõutud kitsastele tolerantsidele.