Frezowanie CNC to obróbka skrawaniem, w której obracające się narzędzie usuwa nadmiar materiału z zamocowanego przedmiotu pod kontrolą komputera, dzięki czemu powstają płaszczyzny, kieszenie, rowki i skomplikowane kształty. Jest lepsze niż toczenie przy płaskich ścianach i złożonej geometrii, a przy detalach okrągłych zwykle wystarcza toczenie. Poniżej wyjaśniamy, jak wygląda proces, jakie są rodzaje frezowania i maszyn, od czego zależy koszt oraz jak przygotować zapytanie.
Spis treści
- Na czym polega frezowanie CNC
- Jak wygląda proces frezowania CNC krok po kroku
- Rodzaje frezowania
- Frezarki CNC i osie obróbki
- Parametry obróbki i czynniki wpływające na jakość
- Jakie materiały można frezować
- Zastosowania frezowania CNC
- Koszt frezowania CNC
- Usługi frezowania CNC w Sacher
- Frezowanie CNC - FAQ
Na czym polega frezowanie CNC
W procesie frezowania CNC przedmiot obrabiany jest zamocowany w uchwycie lub imadle, a narzędzie skrawające, czyli frez, wykonuje ruch obrotowy. Ostrza freza usuwają kolejne warstwy materiału w postaci wiórów, a stół z przedmiotem lub głowica przesuwają się wzdłuż zaprogramowanych osi. Tak powstają płaszczyzny, rowki, kieszenie, otwory i przestrzenne kształty.
Skrót CNC pochodzi od angielskiego computer numerical control, czyli komputerowego sterowania numerycznego. Dzięki komputerowemu sterowaniu maszyna odczytuje program, który określa prędkość obrotową, posuw, głębokość skrawania i tor narzędzia. Obrabiarki CNC zastąpiły ręczne prowadzenie narzędzia, więc wynik nie zależy od ręki operatora, a kolejne sztuki są wykonane tak samo.
W porównaniu z tradycyjnym frezowaniem na frezarce sterowanej ręcznie technologia CNC daje wysoką precyzję, powtarzalność i możliwość wykonywania skomplikowanych kształtów w jednym zamocowaniu. To dlatego frezowanie jest dziś jedną z kluczowych technologii obróbki skrawaniem w wielu gałęziach przemysłu.
Jak wygląda proces frezowania CNC krok po kroku
Proces frezowania CNC składa się z kilku kluczowych etapów:
- Dokumentacja i program. Na podstawie rysunku technicznego lub modelu 3D technolog przygotowuje program, w którym określa kolejność operacji, narzędzia i parametry obróbki.
- Przygotowanie maszyny. Operator wprowadza narzędzia do magazynu, mierzy ich długości i wyznacza punkt zerowy przedmiotu na osiach X, Y i Z.
- Mocowanie materiału. Przedmiot obrabiany mocuje się w imadle lub w specjalnym przyrządzie tak, aby nie przesuwał się pod wpływem sił skrawania.
- Obróbka zgrubna. Duży frez z dużą głębokością skrawania szybko usuwa większość nadmiaru materiału.
- Obróbka wykańczająca. Mniejsze narzędzie i łagodniejsze parametry pozwalają na uzyskanie lepszej jakości powierzchni i wymaganych tolerancji. Wymiana narzędzi odbywa się automatycznie.
- Operacje dodatkowe. Podczas tego samego zamocowania można wykonać wiercenie, gwintowanie i wytaczanie otworów.
- Kontrola. Kluczowe wymiary mierzy się przyrządami pomiarowymi lub na maszynie pomiarowej i porównuje z rysunkiem.
Przy zmianie serii wystarczy wczytać nowy program i wymienić narzędzia, więc technologia CNC pozwala na realizację zarówno pojedynczych prototypów, jak i większych serii.
Rodzaje frezowania
O rodzaju frezowania decyduje to, jaka część freza pracuje i jaką powierzchnię obrabiamy. W praktyce najczęściej stosuje się:
| Rodzaj | Na czym polega | Typowy przykład |
|---|---|---|
| Frezowanie czołowe | Frez pracuje czołem, oś narzędzia jest prostopadła do powierzchni | Obróbka płaskich powierzchni, planowanie płyt |
| Frezowanie walcowe | Frez pracuje obwodem, oś narzędzia jest równoległa do powierzchni | Rowki, uskoki, ściany boczne |
| Frezowanie kształtowe | Frez o odpowiednim profilu odtwarza kształt na przedmiocie | Profile, zaokrąglenia, fazowania, formy |
| Frezowanie współbieżne | Frez obraca się zgodnie z kierunkiem posuwu | Wykańczanie, lepsza jakość powierzchni, mniejsze zużycie narzędzia |
| Frezowanie przeciwbieżne | Frez obraca się przeciwnie do kierunku posuwu | Obróbka zgrubna, materiały z twardym naskorupieniem |
Różnica między frezowaniem współbieżnym a przeciwbieżnym wpływa na jakość powierzchni i żywotność narzędzia. Frezowanie współbieżne daje zwykle ładniejszą powierzchnię i mniejsze zużycie freza, ale wymaga sztywnej maszyny bez luzów. Frezowanie przeciwbieżne jest bezpieczniejsze przy starszych maszynach i pierwszym przejściu po twardej warstwie materiału. Na nowoczesnych obrabiarkach CNC stosuje się najczęściej frezowanie współbieżne.
Frezarki CNC i osie obróbki
Wybór maszyny zależy od wielkości detalu, jego geometrii i wielkości serii produkcyjnej. Najczęściej spotyka się trzy rozwiązania:
- Frezarki 3-osiowe. Narzędzie porusza się wzdłuż osi X, Y i Z. To standardowe obrabiarki CNC do płyt, korpusów, obudów i elementów o prostszej geometrii.
- Maszyny 4-osiowe. Dodatkowa oś obrotowa pozwala obrabiać przedmiot z kilku stron w jednym zamocowaniu.
- Maszyny 5-osiowe. Dwie osie obrotu umożliwiają obróbkę złożonych powierzchni przestrzennych i wykonywanie skomplikowanych kształtów bez wielokrotnego przezbrajania. Więcej o tym, kiedy to się opłaca, piszemy w artykule o obróbce 5-osiowej.
Osie X i Y wyznaczają ruchy w płaszczyźnie stołu, a oś Z odpowiada za głębokość skrawania. Im więcej osi, tym mniej zamocowań, mniejsze ryzyko błędu ustawienia i lepsza współosiowość obrobionych powierzchni.
Parametry obróbki i czynniki wpływające na jakość
O wyniku frezowania decydują trzy podstawowe parametry: prędkość obrotowa freza, posuw oraz głębokość skrawania. Ich właściwy dobór wpływa na czas obróbki, żywotność narzędzia i jakość powierzchni.
| Parametr | Co się dzieje przy zwiększeniu | Na co uważać |
|---|---|---|
| Prędkość obrotowa | Krótszy czas obróbki, przy właściwym doborze lepsza jakość powierzchni | Przegrzewanie ostrzy i szybsze zużycie narzędzia |
| Posuw | Krótszy czas obróbki | Większa chropowatość i większe siły skrawania |
| Głębokość skrawania | Więcej materiału usuniętego w jednym przejściu | Drgania, ugięcie freza i ryzyko błędu wymiarowego |
Dobierane parametry obróbki zależą też od innych czynników:
- Rodzaj materiału. Aluminium można obrabiać z dużymi prędkościami, natomiast stal nierdzewna wymaga niższych prędkości i ostrych narzędzi.
- Narzędzie skrawające. Znaczenie ma średnica freza, liczba ostrzy, powłoka i geometria krawędzi.
- Sztywność mocowania i maszyny. Luźne mocowanie lub wysięg freza powodują drgania i pogarszają wymiary.
- Chłodzenie. Chłodziwo odprowadza ciepło i wióry, co wydłuża żywotność narzędzia.
- Wymagana jakość powierzchni i tolerancje. Im dokładniejszy detal, tym więcej przejść wykańczających i dłuższy czas obróbki.
Optymalizacja parametrów polega na kompromisie między czasem obróbki, zużyciem narzędzia i jakością powierzchni. W trakcie frezowania dobrze dobrany program pozwala też ograniczyć zużycie narzędzi i skrócić czas realizacji.
Jakie materiały można frezować
Frezarki CNC obrabiają szeroką gamę materiałów: metale i tworzywa sztuczne. Rodzaj materiału wpływa na dobór narzędzi, parametrów i chłodzenia, a tym samym na koszt obróbki.
| Materiał | Cechy przy frezowaniu | Typowe detale |
|---|---|---|
| Aluminium | Lekkie i łatwe w obróbce, pozwala na wysokie prędkości i krótki czas obróbki. Frezowanie aluminium wymaga ostrych narzędzi i dobrego odprowadzania wiórów | Obudowy, płyty, elementy lekkich konstrukcji |
| Stal konstrukcyjna i stopowa | Dobra skrawalność, możliwość późniejszej obróbki cieplnej | Korpusy, koła zębate, elementy maszyn |
| Stal nierdzewna | Odporna na korozję, ale trudniejsza w obróbce, bo słabo odprowadza ciepło i umacnia się podczas skrawania | Elementy dla przemysłu spożywczego, medycznego i chemicznego |
| Tworzywa sztuczne | Małe siły skrawania, ale ryzyko odkształceń przez ciepło | Prowadnice, obudowy, elementy izolacyjne |
Przy stali nierdzewnej i tworzywach szczególnie ważna jest znajomość obrabianego materiału. Ten sam rysunek wykonany z innego materiału może wymagać innych narzędzi, parametrów i czasu obróbki.
Zastosowania frezowania CNC
Frezowanie CNC znajduje szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu. Przykłady zastosowań to:
- Przemysł lotniczy: elementy konstrukcyjne, korpusy i wsporniki z aluminium oraz stali, wykonywane z dużą dokładnością i udokumentowaną kontrolą jakości.
- Przemysł motoryzacyjny: korpusy, obudowy, elementy układów napędowych, prototypy i oprzyrządowanie.
- Przemysł medyczny: elementy narzędzi i urządzeń medycznych, często ze stali nierdzewnej.
- Budowa maszyn i automatyka: płyty, korpusy, prowadnice i elementy układów mechanicznych.
- Narzędziownia i formy: precyzyjne kształtowanie wykrojników, form wtryskowych i elektrod.
Technologia pozwala realizować zarówno pojedyncze prototypy, jak i produkcję seryjną. Dzięki temu frezowanie CNC ma kluczowe znaczenie w różnych branżach, w których liczy się powtarzalność i wysoka precyzja.
Koszt frezowania CNC
Koszt frezowania CNC nie sprowadza się do ceny godziny pracy maszyny. Na cenę detalu wpływają przede wszystkim:
- Złożoność geometrii. Im więcej operacji, zamocowań i części wymagających obróbki 4- lub 5-osiowej, tym dłuższy czas maszynowy.
- Rodzaj materiału. Stal nierdzewna i stopy trudnoskrawalne zużywają narzędzia szybciej niż aluminium czy tworzywa.
- Tolerancje i jakość powierzchni. Dokładniejsze wymagania oznaczają więcej przejść wykańczających i kontroli pomiarowej.
- Wielkość serii produkcyjnej. Program i przygotowanie maszyny wykonuje się raz, więc przy większej liczbie sztuk koszt jednej części maleje.
- Dodatkowe operacje. Obróbka cieplna, szlifowanie lub kontrola jakości dodają etapy, ale zapewniają wymagane właściwości detalu.
Przy produkcji jednostkowej największą część kosztu stanowi zwykle przygotowanie: programowanie, mocowanie i ustawienie narzędzi. Przy produkcji seryjnej te koszty rozkładają się na wiele sztuk, a liczy się optymalizacja czasu cyklu i zużycia narzędzi. Przy porównywaniu ofert warto pamiętać, że konkurencyjne ceny nie zawsze oznaczają najniższy koszt całego projektu, bo ważne są też termin, powtarzalność i kontrola jakości.
Usługi frezowania CNC w Sacher
Sacher rozwija kompetencje w produkcji precyzyjnych części od 1989 roku. Nasz park maszynowy to 28 centrów obróbczych, a zespół liczy 52 specjalistów. Dzięki temu możemy zaoferować usługi frezowania CNC metali i tworzyw sztucznych, od prototypów i pojedynczych detali po małe i średnie serie. Do frezowania mamy też maszyny 5-osiowe, które pozwalają na realizację złożonych projektów o skomplikowanych kształtach w jednym zamocowaniu.
Oferujemy też dodatkowe usługi w jednym miejscu: toczenie, szlifowanie, elektrodrążenie, własną obróbkę cieplną i kontrolę jakości. Skraca to czas realizacji, bo detal nie musi jeździć między kilkoma zakładami, a za wynik odpowiada jeden wykonawca.
Aby przygotować wycenę, prosimy o przesłanie:
- rysunku technicznego lub modelu 3D,
- gatunku materiału,
- liczby sztuk i oczekiwanego terminu,
- tolerancji wymiarów i wymaganej chropowatości powierzchni,
- dodatkowych wymagań, np. obróbki cieplnej lub kontroli pomiarowej.
Frezowanie CNC - FAQ
Czym dokładnie różni się frezowanie CNC od tradycyjnego frezowania?
Frezowanie CNC różni się od tradycyjnego frezowania tym, że stół i posuw prowadzi program, a nie operator. Dzięki temu każda sztuka jest wykonana tak samo, a maszyna może wykonywać bardziej złożone kształty z większą dokładnością.
Kiedy wybrać frezowanie, a kiedy toczenie?
Frezowanie jest lepsze przy płaskich ścianach, kieszeniach i złożonej geometrii, a toczenie CNC przy detalach okrągłych i osiowo-symetrycznych. Często najlepsze jest połączenie obu technologii.
Jaką dokładność można uzyskać?
Dokładność frezowania CNC zależy od maszyny, materiału i kształtu detalu. Na frezarkach CNC osiąga się zwykle tolerancje rzędu setnych części milimetra, a przy szczególnych wymaganiach dokładniejsze. Konkretne wartości ustalamy po analizie rysunku.
Czy można frezować aluminium, stal nierdzewną i tworzywa sztuczne?
Tak, aluminium, stal nierdzewną i tworzywa sztuczne można frezować. Każdy z tych materiałów wymaga jednak innych narzędzi i parametrów obróbki, a stal nierdzewna i tworzywa szczególnej uwagi.
Od jakiej liczby sztuk opłaca się frezowanie CNC?
Frezowanie CNC opłaca się zarówno przy pojedynczych prototypach, jak i w seriach. Program i ustawienia przygotowuje się raz, więc przy większej liczbie sztuk koszt jednej części maleje.