CNC frezavimas arba sukimas: kuris apdirbimo procesas geriausiai tinka jūsų projektui

Suprasti CNC Apsukimą ir Jo Pagrindinį Taikymą

CNC Apsukimo Pagrindiniai Principai

CNC apsukimas veikia taip, kad medžiaga pašalinama iš besisukančio objekto, o pjovimo įrankiai lieka vietoje, todėl galima gaminti įvairias apvalias dalis. Tai skiriasi nuo frezavimo operacijų, kur viskas nejuda, išskyrus judantį pjovimo įrenginį. Visas apsukimo principas grindžiamas simetrišku sukimosi mechanizmu, ką galima pastebėti žiūrint į dažnai naudojamus daiktus, tokius kaip variklių velenai, vamzdžių jungtys ir metaliniai žiedai, naudojami įrangose. Šiuolaikiniai CNC plokštuminiai stakliai dažniausiai aprūpinti kompiuteriniais valdymo įrenginiais, reguliuojančiais greitį, padavimą bei tikslų pjovimo priemonių vietą. Kai kurios pažangios mašinos gali išlaikyti matmenis tikslumu iki pusės tūkstantosios milimetro, kas ypač svarbu gamintojams, kuriems reikalingos detalės, idealiai tiksliai tinkančios viena prie kitos be jokio tarpelio.

Kaip įrankio judėjimas ir заготовės sukimosi judėjimas apibrėžia apsukimą

Apdorojant detalių ant plokščiosios staklės, pjūimo įrankis juda pirmyn ir atgal tiek X, tiek Z kryptimis, kol darbinis kūnas sukasi. Šis judėjimas leidžia tiksliai formuoti, nes galime kontroliuoti, kiek medžiagos pašalinama kiekviename praeityje. Paviršiaus apdorojimui įrankis perpjauna detalės galą stačiu kampu ten, kur jis sukasi, dėl ko paviršiai tampa lygūs. Tačiau koninių formų apdorojimas veikia kitaip – čia operatorius šiek tiek pasuka įrankį, kad būtų sukuriamos kūginės formos, reikalingos daugeliui detalių. Šiuolaikinės staklės gali veikti nepaprastai dideliais greičiais, kartais pasiekiant 10 000 apsukų per minutę. Toks didesnis ašies sukimosi greitis labai įtakoja galutinio produkto kokybę, nes palieka mažiau matomų įrankio žymių ir sumažina nereikalingas vibracijas, kurios gali paveikti matmenų tikslumą.

Tipiniai CNC apvalinimo naudojimo atvejai pramonėje

CNC apsukimas yra plačiai naudojamas sukimosi simetriją turinčių detalių gamybai pagrindinėse pramonės šakose:

• Automobilių pramonė : Variklio vožtuvai, stūmoklių žiedai ir perdavimo velenai
• Oro erdvė : Hidrauliniai junginiai, turbino velenai ir važiuoklės atraminiai įvorės
• Medicinos : Ortopediniai implantai, chirurginių įrankių rankenos ir švirkštų korpusai

A 2024 metų tikslumo apdirbimo tyrimas nustatė, kad 78 % cilindrinių medicinos detalių gaminama apsukimo būdu dėl jo gebėjimo pasiekti puikią paviršiaus apdorojimo kokybę (Ra ≤ 0,8 μm), kuri yra būtina dezinfekcijai ir biologinei suderinamumui užtikrinti.

Apdirbimo tikslumas ir paviršiaus apdorojimo kokybė apsukimo operacijose

Pasiekti aukštą tikslumą, kai nuokrypis siekia apie ±0,01 mm, paprastai reikia patikimų įrankių tvirtinimo sistemų ir tokio staklių pagrindo, kuris efektyviai slopintų virpesius. Baigiamajame apdirbime diamančiais dengti pjūklai daro didelį skirtumą, sumažindami paviršiaus šiurkštumą iki Ra 0,4–Ra 0,8 mikronų. Kompleksinės frezavimo-gręžimo staklės su rotuojančiais įrankiais atveria daugybę galimybių: jos gali gręžti skersai ašies arba formuoti plokščius paviršius ant cilindrinių detalių – tai žymiai pranašesnė už standartines paskutės. Tačiau yra viena problema: apskritos formos neturinčioms sudėtingoms formoms apgręžimas tiesiog nepasiteisina. Būtent čia frezavimas tampa gamybos dirbtuvėse visur naudojamu sprendimu tokiems uždaviniams spręsti.

CNC frezavimo tyrinėjimas: galimybės ir dažniausios taikymo sritys

CNC frezavimo operacijų pagrindai

CNC frezavime daugiapointės pjovimo priemonės sukasi ir nuima medžiagą nuo nejudančio darbinio kūno. Ši konfigūracija puikiai tinka sudėtingų formų, tokių kaip grioveliai, kišenės ir sudėtingi 3D kontūrai, kurie būtų sunkiai pasiekiami kitais būdais, gamybai. Čia vykstantis procesas iš esmės yra gana paprastas – apdirbamas objektas visiškai nejuda, o pjovimo įrankis juda trimis, keturiais, kartais net penkiais skirtingais kryptimis. Veido frezavimas, periferinis frezavimas ir sriegių frezavimas yra tik keli standartiniai uždaviniai, kuriuos atlieka šios mašinos. Šiuolaikinės aukštos kokybės CNC frezos gali pasiekti itin siaurus tolerancijos ribojimus – tikslumą iki ±0,0005 colio. Toks tikslumas daro jas nepakeičiamomis pramonės šakose, kur tikslumas yra svarbiausias – aviacijos inžinerijoje, automobilių gamyboje ir medicinos prietaisų gamyboje.

Kaip frezavimas skiriasi nuo apsukimo pagal įrankių ir darbinių kūnų dinamiką

Frezavimas veikia kitaip nei apsukimas, kai ruošinys sukasi, o darbą atlieka vienas pjūklas. Vietoj to, frezavime ruošinys laikomas nejudamai, o daugiapointis besisukantis įrankis juda per kelias ašis. Toks požiūris leidžia gamintojams kurti įvairias formos, kurios su tradiciniais apsukimo metodais veikia neefektyviai. Galvokite apie plokščias paviršius, sudėtingus pavarų mechanizmus ar net dėžutės pavidalo korpusus – visi jie gali būti pagaminami naudojant frezavimo technikas. Šiuolaikinės penkių ašių frezavimo mašinos dar labiau išplėto šią galimybę, nes vienoje operacijoje gali pasiekti penkias komponento puses. Tai sumažina klaidas, atsirandančias perkeldant dalis tarp operacijų, ir atveria galimybes kurti žymiai sudėtingesnes geometrijas. Įmonėms, dirbančioms prie prototipų ar nedidelėmis detalėmis, CNC frezavimas tampa ypač svarbus, nes jis gerokai efektyviau tvarko sudėtingus dizainus lyginant su kitais apdirbimo procesais.

CNC frezavimo pramonės taikymo sritys

CNC frezavimas palaiko reikalingas aplikacijas, kurios reikalauja didelės tikslumo ir dizaino lankstumo:

• Oro erdvė : Turbino mentės, konstrukciniai tvirtinimo elementai ir lengvoji aliuminio komponentai
• Automobilių pramonė : Variklio blokai, transmisijų korpusai ir pakabos detalės
• Medicinos : Implantai ir chirurginiai instrumentai iš biologiškai suderinamų medžiagų
• Elektronika : Šilumos sklaidytuvai, korpusai ir tikslūs jungtys

A 2024 metų gamybos ataskaita parodė, kad 68 % aviacijos gamintojų pasitiki 5 ašių frezavimu kritiškoms misijos detalėms, pabrėžiant jo svarbą pažangiojoje inžinerijoje.

Tikslumo ir paviršiaus kokybės pasiekimas frezavime

Paviršiaus apdorojimo rodikliai žemiau 8 µin Ra yra pasiekiami optimizuojant špindelių greičius, įrankių judėjimo trajektorijas ir naudojant pažangias įrankių dangas. Pagrindiniai kokybę veikiantys veiksniai yra:

• Įrankio standumas : Kietmėtiniai arba diamantru dengti įrankiai sumažina išlinkimą ir vibraciją
• Chladamieji sistemos : Neleidžia termalinio plėtimosi šilumai jautriose medžiagose, tokiomis kaip titanas
• Įrankių derinimas : Lazerinė lygiavimas užtikrina mikrometro tikslumo padėties tikslumą

Daugiaašis frezavimas sumažina perkėlimo poreikį, išlaikant tarpus ±0,0002 colio ribose – svarbu aukštos rizikos taikymuose.

Pagrindiniai skirtumai tarp CNC apsukimo ir frezavimo

Detalės judėjimas: sukimosi ar stacionari konfigūracija

Tai, kas iš tikrųjų skiria šiuos procesus, yra medžiagos judėjimas per veikimą. Kai kalbame apie CNC apsukimą, vyksta tai, kad apdirbinamas gaminys sukasi labai greitai, paprastai tarp 1 000 ir 3 000 apsukų per minutę. Tuo pat metu pjovimo įrankis lieka vietoje ir atlieka radialinius pjūvius. Ši konfigūracija geriausiai tinka apvaliems arba kūgio formos objektams gaminti, tokiems kaip įvairių tipų velenai ir įvorės. Kita vertus, CNC frezavime viskas veikia kitaip. Čia objektas lieka fiksuotas, o visas judėjimas atliekamas pačiu pjovimo įrankiu, kuris gali judėti įvairiomis kryptimis. Įrankis turi kelis pjovimo taškus ir gali judėti palei kelias ašis, kas leidžia kurti įvairias formas – nuo paprastų plokščių paviršių iki sudėtingų kampų ir netinkamų kontūrų. Galvokite apie pavaros dėžes ar mašinų korpuso komponentus, kur tokia universalumas pasirodo labai naudingas.

Tikslumo, paviršiaus apdorojimo kokybės ir tolerancijų palyginimai

Dėl tolydaus sukimosi kontaktavimo apskritiminiai komponentai dažniausiai apdirbami su tikslesniais nuokrypiais (±0,001–0,005 colio) ir lygesniu paviršiaus apdorojimu (0,8–1,6 μm Ra). Frezavimas pasiekia palyginamą matmenų tikslumą (±0,002–0,010 colio), tačiau sudėtingesnėms geometrijoms gali prireikti papildomų apdailos etapų. Netaisyklingos formos elementams, tokiems kaip grioveliai ar kišenės, frezavimas užtikrina geresnį tikslumą ir vientisumą.

Proceso lankstumas ir sudėtingumas skirtingoms geometrijoms

Kalbant apie gamybą, apsukimo apdirbimas geriausiai tinka daiktams, kurie yra apvalūs arba cilindrinės formos. Frezavimas, kita vertus, puikiai susidoroja su įvairiausiomis formomis – nuo kampuotų paviršių iki sriegiuotų skylių ir net sudėtingų trijų matmenų formų. Naujausios kartos daugiaašės frezavimo ir apsukimo įrangos šiek tiek pakeitė žaidimo taisykles, leisdama dirbtuvėms šiuos du metodus derinti viename įrengime, taip sutaupant laiką ir pinigus. Vis dėlto verta pažymėti, kad tradicinis frezavimas išlieka savarankiškas, kai reikia apdoroti detalis, kurios nėra paprasti apskritimai arba turi kelias plokščias briaunas. Dėl to frezavimas ypač naudingas sudėtingų dizainų kūrimui, kurių neįmanoma pasiekti tik standartiniais apsukimo metodais.

Kaip pasirinkti tarp CNC apsukimo ir frezavimo jūsų projektui

Detalių geometrijos ir charakteristikų pritaikymas tinkamam procesui

CNC apsukimas veikia labai gerai dalių, kurios yra simetriškos apie ašį, tokių kaip velenai, įvorės, tos rūšies dalykai. Tačiau kai dizaine atsiranda kažkas kitokio, pavyzdžiui šešiakampiai formos elementai, gilios kišenės arba išlenktos paviršiaus sritys, čia jau pradeda pasireikšti CNC frezavimas. Šios mašinos gali judėti keliose kryptyse, todėl jos yra žymiai lankstesnės sudėtingoms geometrijoms. Nesenamas 2024 m. leidinyje „Machining Processes“ pateiktas pranešimas taip pat pateikė gan įdomių rezultatų. Buvo ištirti įvairūs projektai ir nustatyta, kad apie 78 % atvejų pasiekta geresnė matmenų tikslumas, kai ne cilindrinėms detalėms buvo pereita nuo apsukimo prie frezavimo. Iš tiesų tai logiška, nes papildomos judėjimo galimybės gamintojams suteikia didesnį kontrolę sunkioms formoms.

Medžiagos apsvarstymas renkantis CNC apsukimą ar frezavimą

• Metalai : Aliuminis ir varis gerai dirba abiem būdais; kietinti plienai paprastai geriau tinka frezavimui dėl įrankio sukibimo ir tikslumo reikalavimų
• Plastiko gaminiai : Apdaila mažina atsiskilimo riziką akriluose, o frezavimas veiksmingiau tvarko pluoštu sustiprintus polimerus
• Sudedamieji medžiagų : Frezavimas padeda kontroliuoti įrankių dėvėjimąsi šlifavimo medžiagose, tokiuose kaip anglies pluoštas

Apdaila sunaudoja 15–20 % mažiau energijos nei frezavimas minkštiems metalams, todėl ji yra ekonomiškesnė didelės apimties paprastų cilindrinių detalių gamybai.

Gaminių kiekis, efektyvumas ir sąnaudų našumas

Kai gamybos apimtys viršija apie 500 detalių, CNC frezavimas sumažina atskirų detalių kainą maždaug 30–40 procentų, nes dirba žymiai greičiau ir reikalauja mažiau paruošimo etapų. Mažesnėms partijoms nuo 50 iki 200 vienetų, ypač sudėtingoms detalėms, dažnai ekonomiškiau pasirinkti sukinio apdirbimą, kadangi įrenginiai gali vienu metu naudoti kelis įrankius be papildomų procesų. Šiuolaikinės dirbtuvės dažnai derina abu metodus: pirmiausia atlieka grubų formavimą sukant, o vėliau – tikslų apdailą frezuojant, taip pasiekiant geriausią greičio ir kokybės pusiausvyrą vidutinės ir didelės apimties gamyboje.

Sąnaudų analizė ir ateities tendencijos CNC apdirbime

Paruošimo, įrankių ir eksplotacinių sąnaudų palyginimas

Kalbant apie paruošimo išlaidas, CNC apsukimas paprastai turi pranašumą, nes tvirtinimo įtaisai yra žymiai paprastesni, ypač dirbant su apvaliomis detalėmis. Pjovimas, kita vertus, reikalauja kur kas sudėtingesnio programavimo ir dažno įrankių keitimo, nors tai leidžia gamintojams vienu metu gaminti tikrai detaliai formuotas formas. Pjovimo operacijų įrankių išlaidos dažnai greitai kyla, kadangi dirbtuvėms reikia labai daug skirtingų galinių frezų ir pjovimo įstatomųjų mentelių, kad būtų galima apdoroti kontūrus, skyles ir kišenes medžiagose. Įmonėms, gaminančioms didelius partijas rotaciškai simetriškų detalių, apsukimas yra ekonomiškai naudingesnis, nes kiekvieno vieneto savikaina yra mažesnė. Tačiau sudėtingoms prizmatinėms formoms ar bet kokioms sudėtingos geometrijos detalėms, kurių negalima pagaminti paprastu sukimo būdu, pjovimas vertas papildomų investicijų nepaisant aukštesnių pradinių išlaidų.

Grąžinamas kapitalas mažo ir didelio masto gamybos cikluose

Kurdant prototipus mažomis partijomis, CNC frezavimas suteikia dizaineriams daug didesnę laisvę, nesunaikinant biudžeto, ypač naudinga srityse, tokiuose kaip aviacija, kur detalės turi tiksliai tikti viena prie kitos. Didelėms gamybos užduotims, pvz., automobilių variklių gamybai, apsukimo operacijos paprastai duoda geresnius rezultatus, nes veikia greičiau ir palieka mažiau metalo atliekų. Pagal paskutiniais metais publikuotus tyrimus, įmonės, kurios derina apsukimą pradiniam formavimui su frezavimu galutinėms detalėms, gali sumažinti vieneto savikainą nuo 12 iki 18 procentų, gaminant daugiau nei dešimt tūkstančių detalių. Toks požiūris yra logiškas tiek ekonominiu, tiek praktiniu požiūriu gamintojams, siekiantiems suderinti kokybę su biudžeto apribojimais.

Atsirandantys pokyčiai: automatizacija, daugiafunkčiai įrenginiai ir darnus vystymasis

Nuo 2022 m. dirbtinio intelekto įranga užpildyti kompiuteriniai apdirbimo centrai sumažino gamybos klaidas maždaug 34 %. Šios protingos sistemos nuolat koreguoja padavimo greitį ir taiso įrankių judėjimo trajektorijas, todėl sunaudojama mažiau medžiagos ir gaunami pastovios kokybės gaminiai. Naujesni daugiafunkčiai įrenginiai vienu metu gali atlikti tiek apsukimo, tiek frezavimo operacijas, todėl sudėtingų detalių, tokių kaip naudojamos reaktyviniuose varikliuose, gamyba trunka maždaug 40 % trumpiau. Žalia gamyba jau nebe tikras „šūkis“. Pastaruoju metu atlikto apklausa parodė, kad beveik dviejų trečdalių gamyklų daro pokyčius – pavyzdžiui, integruoja perdirbtus metalus į savo procesus arba pereina prie mažiau elektros energijos vartojančių variklių, dėl ko bendras energijos suvartojimas sumažėja apie 15 %. Dauguma įmonių, taikančių šiuos požiūrius, savaime lengvai atitinka ISO 14001 reikalavimus ir tuo pat metu gamina detalias, atitinkančias klientų keliamus aukštus tikslumo reikalavimus.