Przegląd obróbki CNC: Proces obróbki CNC, typowe procesy i zalety

Obróbka CNC (Computer Numerical Control Machining) to precyzyjny proces produkcyjny oparty na sterowaniu komputerowym. Wykorzystuje system sterowania numerycznego (CNC) połączony z obrabiarką do sterowania narzędziami tnącymi maszyny. Kody G i kody M zawierające instrukcje dotyczące parametrów obróbki, pochodzące z modelu CAD, są przesyłane do obrabiarki. Maszyna następnie podąża za wstępnie ustawioną ścieżką poprzez toczenie, wiercenie, frezowanie i inne operacje obróbki, usuwając materiał z przedmiotu obrabianego. Pozwala to na precyzyjną obróbkę materiałów takich jak metal, plastik i drewno, w wyniku czego powstają części lub produkty spełniające wymagania projektowe.

Obróbka CNC zazwyczaj obejmuje cztery podstawowe kroki i niezależnie od użytego procesu obróbki, należy przestrzegać następującego procesu:

Krok 1: Projektowanie modelu CAD

      Pierwszym krokiem w obróbce CNC jest stworzenie modelu 2D lub 3D produktu. Projektanci zazwyczaj używają oprogramowania AutoCAD, SolidWorks lub innego oprogramowania CAD (computer-aided design) do zbudowania dokładnego modelu produktu. W przypadku bardziej złożonych części, modelowanie 3D może wyraźniej zademonstrować cechy produktu, takie jak tolerancje, linie konstrukcyjne, gwinty i interfejsy montażowe.

Krok 2: Konwersja do formatu kompatybilnego z CNC

     Maszyny CNC nie mogą bezpośrednio odczytywać plików CAD. Dlatego wymagane jest oprogramowanie CAM (computer-aided manufacturing), takie jak Fusion 360 i Mastercam, aby przekonwertować model CAD na kod sterowania numerycznego kompatybilny z CNC (np. kod G). Kod ten instruuje obrabiarkę, aby wykonała precyzyjne ścieżki cięcia, prędkości posuwu, ścieżki ruchu narzędzia i inne parametry w celu zapewnienia dokładności obróbki.

Krok 3: Wybierz odpowiednią obrabiarkę i ustaw parametry obróbki

      W oparciu o materiał, kształt i wymagania obróbki części, wybierz odpowiednią maszynę CNC (taką jak frezarka CNC, tokarka lub szlifierka). Operator wykonuje następnie następujące zadania przygotowawcze:

     Zainstaluj i skalibruj narzędzie

      Ustaw parametry, takie jak prędkość obróbki, prędkość posuwu i głębokość skrawania

      Upewnij się, że przedmiot obrabiany jest bezpiecznie zamocowany, aby zapobiec przesuwaniu się podczas obróbki

Krok 4: Wykonaj obróbkę CNC

      Po zakończeniu wszystkich czynności przygotowawczych, obrabiarka CNC może wykonać zadanie obróbki zgodnie z wstępnie ustawionym programem CNC. Proces obróbki jest w pełni zautomatyzowany, a narzędzie tnie wzdłuż zdefiniowanej ścieżki, aż do uformowania części.

Po obróbce część przechodzi kontrolę jakości, aby upewnić się, że jej dokładność wymiarowa i wykończenie powierzchni spełniają wymagania projektowe. Metody kontroli obejmują:

>Pomiar wymiarów: Kontrola wymiarów za pomocą suwmiarek, mikrometrów lub współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM)

>Kontrola wykończenia powierzchni: Sprawdzanie chropowatości powierzchni części w celu ustalenia, czy wymagane jest dodatkowe polerowanie lub malowanie

>Testowanie montażu: Jeśli część ma być zmontowana z innymi komponentami, przeprowadzane jest testowanie montażu w celu zapewnienia kompatybilności

W razie potrzeby, obróbka końcowa, taka jak gratowanie, obróbka cieplna lub powlekanie powierzchni, może być przeprowadzona w celu zwiększenia wydajności i trwałości części.

Chociaż proces obróbki CNC jest zautomatyzowany, technicy CNC nadal odgrywają istotną rolę w rozwiązywaniu zarówno oczekiwanych, jak i nieoczekiwanych awarii oraz zapewnianiu płynnej obróbki. Poniżej przedstawiono główne obowiązki technika CNC:

>Potwierdzanie specyfikacji produktu: Dokładne zrozumienie wymiarów produktu, tolerancji i wymagań materiałowych w oparciu o wymagania zamówienia i dokumentację techniczną.

>Interpretacja rysunków technicznych: Czytanie planów, szkiców ręcznych i plików CAD/CAM w celu zrozumienia szczegółów projektu produktu.

>Tworzenie modeli CAE: Wykorzystanie oprogramowania Computer-Aided Engineering (CAE) do optymalizacji planów obróbki oraz poprawy dokładności i wydajności obróbki.

>Wyrównywanie i regulacja narzędzi i przedmiotów obrabianych: Zapewnia, że narzędzia tnące, uchwyty i przedmioty obrabiane są prawidłowo zainstalowane i wyregulowane w celu uzyskania optymalnych warunków obróbki.

>Instalacja, obsługa i demontaż maszyn CNC: Prawidłowa instalacja i demontaż maszyn CNC i ich akcesoriów oraz sprawne obsługiwanie różnych urządzeń CNC.

>Monitorowanie pracy maszyny: Obserwacja prędkości maszyny, zużycia narzędzi i stabilności obróbki w celu zapewnienia prawidłowej pracy.

>Kontrola i kontrola jakości gotowych produktów: Kontrola gotowych części w celu zidentyfikowania wad i zapewnienia zgodności ze standardami jakości.

>Potwierdzenie zgodności części z modelem CAD: Porównanie rzeczywistej części z projektem CAD w celu potwierdzenia, że wymiary, geometria i tolerancje produktu dokładnie spełniają wymagania projektowe.

Profesjonalne umiejętności i skrupulatne podejście technika CNC mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości obróbki, poprawy wydajności produkcji i zmniejszenia ilości złomu oraz stanowią integralną część systemu obróbki CNC.

Technologia obróbki CNC (Computer Numerical Control) jest szeroko stosowana w przemyśle wytwórczym do precyzyjnej obróbki różnych materiałów metalowych i niemetalowych. Różne procesy obróbki CNC są wymagane w zależności od wymagań obróbki. Poniżej przedstawiono niektóre typowe procesy obróbki CNC:

          1. Frezowanie CNC

           Frezowanie CNC to metoda obróbki, która wykorzystuje obracające się narzędzie do cięcia przedmiotów obrabianych. Nadaje się do obróbki płaskich powierzchni, zakrzywionych powierzchni, rowków, otworów i złożonych struktur geometrycznych. Jego główne cechy to:

           Nadaje się do obróbki różnych materiałów, takich jak aluminium, stal, stal nierdzewna i tworzywa sztuczne.

           Jest zdolny do precyzyjnej i wydajnej obróbki wieloosiowej (np. frezowanie 3-osiowe, 4-osiowe i 5-osiowe).

           Nadaje się do masowej produkcji precyzyjnych części, takich jak obudowy, wsporniki i formy.

Tokarki CNC wykorzystują obracający się przedmiot obrabiany i stałe narzędzie do cięcia. Są one używane głównie do obróbki części cylindrycznych, takich jak wały, pierścienie i tarcze. Ich główne cechy to:

             Nadaje się do wydajnej obróbki symetrycznych części obrotowych.

             Może przetwarzać wewnętrzne i zewnętrzne okręgi, powierzchnie stożkowe, gwinty, rowki i inne struktury. Nadaje się do masowej produkcji, jest powszechnie stosowany w produkcji części samochodowych, łożysk lotniczych, złączy elektronicznych i innych.

Wiercenie CNC to proces obróbki otworów przelotowych lub ślepych w przedmiocie obrabianym. Jest zwykle używane do otworów na śruby, otworów na kołki i innych elementów używanych w montażu części. Jego główne cechy to:

              > Nadaje się do obróbki otworów o różnych głębokościach i średnicach.

              > Może być połączone z gwintowaniem w celu utworzenia gwintów w otworze.

              > Dotyczy różnych materiałów, w tym metali, tworzyw sztucznych i kompozytów.

4. Wytaczanie CNC

     Wytaczanie CNC służy do powiększania lub precyzyjnego dostrajania istniejących otworów w celu poprawy dokładności wymiarowej i wykończenia powierzchni. Jego główne cechy to:

Nadaje się do obróbki precyzyjnych otworów o dużych rozmiarach.

     Powszechnie stosowane w przypadku części wymagających ścisłej kontroli tolerancji, takich jak bloki silników i cylindry hydrauliczne.

     Może być łączone z innymi procesami, takimi jak frezowanie i toczenie, w celu uzyskania bardziej złożonych potrzeb obróbki.

5. Obróbka elektroerozyjna CNC (EDM)

      Obróbka elektroerozyjna (EDM) wykorzystuje impulsowe wyładowania elektryczne między elektrodą a przedmiotem obrabianym w celu usunięcia materiału. Nadaje się do obróbki materiałów o wysokiej twardości i złożonych częściach.

     >Nadaje się do materiałów trudnych do obróbki tradycyjnymi metodami cięcia, takich jak węgliki spiekane i stopy tytanu.

     >Może przetwarzać drobne szczegóły i precyzyjne formy, takie jak formy wtryskowe i precyzyjne elementy elektroniczne.

     > Nadaje się do obróbki bez naprężeń bez uszkodzeń mechanicznych powierzchni przedmiotu obrabianego.

Procesy obróbki CNC są zróżnicowane, każdy z nich ma swoje unikalne cechy, dostosowane do różnych potrzeb obróbki. Frezowanie, toczenie i wiercenie to najczęstsze procesy podstawowe, podczas gdy EDM, cięcie laserowe i cięcie strumieniem wody nadają się do obróbki specjalistycznych materiałów i złożonych struktur. Wybór odpowiedniego procesu obróbki CNC nie tylko poprawia wydajność produkcji, ale także zapewnia precyzję i jakość części, spełniając wysokie standardy nowoczesnej produkcji.

Obróbka CNC (Computer Numerical Control) stała się kluczową technologią w nowoczesnej produkcji. W porównaniu z tradycyjnymi metodami obróbki ręcznej lub półautomatycznej, obróbka CNC oferuje wyższą precyzję, wydajność i spójność. Poniżej przedstawiono główne zalety wyboru obróbki CNC:

Wysoka precyzja i spójność

Obróbka CNC wykorzystuje programy komputerowe do sterowania ruchem narzędzi, zapewniając precyzyjne wymiary i kształt dla każdego przedmiotu obrabianego. W porównaniu z tradycyjnymi metodami obróbki, obróbka CNC może osiągnąć dokładność na poziomie mikronów i zapewnić spójność w produkcji masowej, eliminując odchylenia produktu spowodowane błędem ludzkim. Nadaje się do obróbki części o wysokich wymaganiach tolerancji, na przykład w branżach takich jak lotnictwo, urządzenia medyczne i elektronika. Obróbka wieloosiowa (np. CNC 5-osiowe) może być również używana do uzyskania złożonych geometrii, zmniejszając czas konfiguracji i poprawiając precyzję.

Obrabiarki CNC mogą pracować w sposób ciągły, zmniejszając interwencję ręczną i poprawiając wydajność produkcji. Ponadto, dzięki automatycznej wymianie narzędzi (ATC) i technologii obróbki wieloosiowej, maszyny CNC mogą wykonać wiele etapów obróbki w jednej konfiguracji, znacznie skracając cykle produkcyjne i czyniąc je odpowiednimi do produkcji na dużą skalę. Zmniejsza to czas wymiany narzędzi i konfiguracji maszyny, zwiększając tym samym wydajność na jednostkę czasu. W porównaniu z tradycyjną obróbką ręczną, maszyny CNC mogą pracować 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, zmniejszając koszty produkcji.

Obróbka CNC może z łatwością obsługiwać części o złożonych geometriach i wysokich wymaganiach precyzji. W szczególności maszyny CNC wieloosiowe mogą wykonać obróbkę wielu powierzchni w jednej operacji, unikając kumulacji błędów spowodowanych powtarzanym mocowaniem. Dzięki temu nadają się do branż o wysokich wymaganiach dotyczących złożoności części, takich jak lotnictwo, urządzenia medyczne i produkcja samochodów. Mogą również przetwarzać kształty spiralne, złożone struktury wewnętrzne i powierzchnie zakrzywione, co jest trudne do osiągnięcia przy użyciu tradycyjnych procesów.

Obróbka CNC jest odpowiednia dla szerokiej gamy materiałów, w tym metali (stopy aluminium, stal nierdzewna, stopy tytanu, miedź itp.), tworzyw sztucznych (POM, ABS, nylon itp.), materiałów kompozytowych i ceramiki. Pozwala to obróbce CNC na zaspokojenie potrzeb różnych scenariuszy zastosowań. Ponadto obróbka CNC może również przetwarzać materiały o wysokiej wytrzymałości i wysokiej twardości, takie jak stopy tytanu klasy lotniczej i stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości, dzięki czemu nadaje się do produkcji precyzyjnych komponentów w różnych branżach, w tym elektronicznej, medycznej i motoryzacyjnej.

Chociaż obróbka CNC wymaga znacznej początkowej inwestycji w sprzęt, może znacznie obniżyć koszty jednostkowe w dłuższej perspektywie. Wysoka wydajność obróbki, niskie wskaźniki złomu i funkcje oszczędzające pracę sprawiają, że obróbka CNC jest bardziej ekonomiczna w przypadku produkcji na dużą skalę.