Toczenie CNC to obróbka skrawaniem, w której komputerowo sterowane narzędzie usuwa materiał z obracającego się przedmiotu, dzięki czemu powstają powtarzalne, precyzyjne detale w kształcie brył obrotowych: wałki, tuleje, tarcze i elementy gwintowane. Sprawdza się przy detalach okrągłych i osiowo-symetrycznych, a przy płaskich ścianach i złożonej geometrii lepsze jest frezowanie. Poniżej wyjaśniamy, jak wygląda proces, jakie operacje i tokarki się stosuje, od czego zależą jakość i koszt oraz jak przygotować zapytanie.
Spis treści
- Na czym polega toczenie CNC
- Jak wygląda proces toczenia CNC krok po kroku
- Jakie operacje wykonuje się na tokarce
- Rodzaje tokarek
- Parametry obróbki i czynniki wpływające na jakość
- Jakie materiały można toczyć
- Kiedy warto stosować toczenie CNC, a kiedy frezowanie
- Zastosowania toczenia CNC
- Usługi toczenia CNC w Sacher
- Toczenie CNC - FAQ
Na czym polega toczenie CNC
W toczeniu CNC przedmiot jest zamocowany w uchwycie tokarki i wykonuje ruch obrotowy wokół osi obrotu przedmiotu. Narzędzie skrawające, najczęściej nóż tokarski zamocowany w głowicy rewolwerowej, przesuwa się wzdłuż i w poprzek obrabianego przedmiotu i usuwa kolejne warstwy materiału w postaci wiórów. Ruch narzędzia jest zaprogramowany, więc tokarka odtwarza go tak samo przy każdej sztuce.
Skrót CNC pochodzi od angielskiego computerized numerical control, czyli komputerowego sterowania numerycznego. Maszyny sterowane komputerowo odczytują program, który określa prędkość obrotową, posuw, głębokość skrawania i tor narzędzia tnącego. Technologia CNC zastąpiła ręczne ustawianie maszyny i pozwala utrzymać stałe wymiary w całej serii.
Efektem procesu obróbki jest detal osiowo-symetryczny: powierzchnie walcowe, stożkowe i czołowe, rowki oraz gwinty. Ruch obrotowy przedmiotu jest głównym ruchem roboczym, a przesuw noża tokarskiego ruchem posuwowym.
Jak wygląda proces toczenia CNC krok po kroku
Proces produkcyjny na tokarce CNC składa się z kilku etapów:
- Dokumentacja i program. Na podstawie rysunku technicznego lub modelu 3D technolog przygotowuje program, w którym określa kolejność operacji, narzędzia i parametry skrawania, z uwzględnieniem tolerancji i wymaganej chropowatości.
- Mocowanie materiału. Pręt lub odkuwkę mocuje się w uchwycie szczękowym lub tulejce zaciskowej. Dłuższe detale dodatkowo podpiera się kłem, żeby nie uginały się podczas obróbki.
- Ustawienie narzędzi. Operator wprowadza do sterowania długości i promienie narzędzi oraz wyznacza punkt zerowy detalu.
- Obróbka zgrubna. Przy dużej głębokości skrawania maszyna szybko usuwa większość nadmiaru materiału.
- Obróbka wykańczająca. Mała głębokość skrawania i łagodniejsze parametry decydują o dokładności wymiarów i jakości powierzchni. Wymiana narzędzi odbywa się automatycznie w głowicy rewolwerowej.
- Operacje dodatkowe. Na tej samej maszynie można wykonać wiercenie, gwintowanie, rowkowanie i odcinanie gotowego detalu.
- Kontrola. Krytyczne wymiary mierzy się suwmiarką, mikrometrem lub na maszynie pomiarowej i porównuje z rysunkiem.
Dzięki precyzji sterowania numerycznego zapewniona jest powtarzalność procesu. Przy zmianie serii wystarczy wczytać nowy program i wymienić narzędzia.
Jakie operacje wykonuje się na tokarce
Wszechstronność toczenia CNC wynika z tego, że jedna maszyna wykonuje wiele operacji, a ruch narzędzia można dowolnie zaprogramować. Przy usuwaniu materiału z różnych powierzchni stosuje się przede wszystkim:
| Operacja | Na czym polega | Typowy przykład |
|---|---|---|
| Toczenie wzdłużne | Narzędzie porusza się równolegle do osi i zmniejsza średnicę | Wałki, czopy |
| Toczenie poprzeczne (planowanie) | Narzędzie porusza się prostopadle do osi i obrabia czoło | Czoła wałków, kołnierze |
| Wytaczanie | Obróbka otworu od wewnątrz | Tuleje, gniazda łożysk |
| Rowkowanie | Wykonanie rowków na powierzchni zewnętrznej lub wewnętrznej | Rowki pod pierścienie osadcze |
| Gwintowanie | Wykonanie gwintów zewnętrznych i wewnętrznych | Śruby, złączki |
| Wiercenie | Wykonanie otworu osiowego | Tuleje, tarcze |
| Odcinanie (cięcie) | Oddzielenie gotowego detalu od pręta | Produkcja seryjna z pręta |
Dzięki temu na tokarce można wykonać detale o różnych kształtach i średnicach, od małych kołków po duże tarcze. Do wykonywania gwintów, otworów i rowków nie trzeba zmieniać maszyny.
Rodzaje tokarek
Tokarki występują w różnych rodzajach, a wybór maszyny zależy od wielkości detalu, wielkości serii i wymaganej dokładności. Najczęściej spotyka się cztery rozwiązania:
- Tokarki uniwersalne. Obsługuje je operator, który ręcznie ustawia posuw i głębokość skrawania. Sprawdzają się przy pojedynczych detalach, naprawach i prostych zadaniach.
- Tokarki CNC poziome. To standardowa maszyna do produkcji części w kształcie brył obrotowych. Sztywne łoże z prowadnicami i program sterowania pozwalają utrzymać wysoką dokładność w całej serii.
- Tokarki pionowe. Przedmiot obraca się wokół osi pionowej na poziomej tarczy. Dzięki temu łatwiej zamocować duże i ciężkie detale o dużej średnicy, takie jak koła, tarcze i obudowy.
- Automat tokarski. Maszyna przeznaczona do produkcji seryjnej małych detali z pręta, takich jak śruby i sworznie. Pręt jest podawany automatycznie, a czas cyklu jest bardzo krótki.
Coraz popularniejsze są też centra tokarsko-frezarskie z napędzanymi narzędziami, które łączą toczenie z frezowaniem CNC w jednym zamocowaniu. Mają one magazyn narzędzi, więc wymiana narzędzi odbywa się bez udziału operatora.
Parametry obróbki i czynniki wpływające na jakość
O wyniku toczenia decydują trzy podstawowe parametry. Prędkość skrawania określa, jak szybko krawędź narzędzia przesuwa się względem materiału. Posuw to przesuw narzędzia na jeden obrót, a głębokość skrawania to grubość warstwy usuwanej w jednym przejściu.
| Parametr | Co się dzieje przy zwiększeniu | Na co uważać |
|---|---|---|
| Prędkość skrawania | Krótszy czas obróbki, przy właściwym doborze często lepsza jakość powierzchni | Przegrzewanie krawędzi i krótsza żywotność narzędzia |
| Posuw | Krótszy czas obróbki | Większa chropowatość i większe siły skrawania |
| Głębokość skrawania | Więcej materiału usuniętego w jednym przejściu | Większe siły skrawania, drgania i ugięcie detalu |
Czynniki wpływające na dobór parametrów to:
- Rodzaj materiału. Twardsze stale wymagają mniejszej prędkości skrawania, a aluminium można obrabiać znacznie szybciej.
- Geometria i sztywność przedmiotu obrabianego. Długie i smukłe wałki uginają się pod wpływem siły skrawania, dlatego wymagają podparcia i łagodniejszych parametrów.
- Narzędzie skrawające. Ma znaczenie gatunek płytki, jej powłoka i geometria krawędzi.
- Chłodzenie. Chłodziwo odprowadza ciepło i wióry, a przez to wydłuża żywotność narzędzia.
- Wymagana jakość powierzchni i tolerancje. Im dokładniejszy detal, tym więcej przejść wykańczających i tym dłuższy czas obróbki.
Optymalizacja parametrów polega na znalezieniu kompromisu między czasem obróbki, żywotnością narzędzia i jakością powierzchni. To jeden z powodów, dla których doświadczony technolog wpływa na koszt i termin wykonania.
Jakie materiały można toczyć
Toczenie CNC nadaje się do obróbki metali i tworzyw sztucznych. Rodzaj materiału wpływa na dobór narzędzi, parametrów i chłodzenia, a także na koszt obróbki.
| Materiał | Cechy przy toczeniu | Typowe detale |
|---|---|---|
| Stal konstrukcyjna i stopowa | Dobra skrawalność, możliwość późniejszej obróbki cieplnej | Wały, koła zębate, sworznie |
| Stal nierdzewna | Odporna na korozję, ale trudniejsza w obróbce, bo słabo odprowadza ciepło i umacnia się podczas skrawania. Wymaga ostrych narzędzi i chłodzenia | Elementy dla przemysłu spożywczego, medycznego i chemicznego |
| Aluminium | Lekkie i łatwe w obróbce, pozwala na duże prędkości skrawania. Wymaga ostrych narzędzi ze względu na miękkość | Obudowy, tuleje, elementy lekkich konstrukcji |
| Mosiądz i brąz | Bardzo dobra skrawalność, kruche wióry | Złączki, łożyska ślizgowe, armatura |
| Tworzywa sztuczne | Małe siły skrawania, ale ryzyko odkształceń przez ciepło i sprężystość materiału | Tuleje, rolki, elementy izolacyjne |
Przy stali nierdzewnej i tworzywach szczególnie ważna jest znajomość materiału. Ten sam rysunek wykonany z innego rodzaju materiału może wymagać innych narzędzi i innego czasu obróbki.
Kiedy warto stosować toczenie CNC, a kiedy frezowanie
Toczenie CNC warto wybrać wtedy, gdy detal jest okrągły lub osiowo-symetryczny, czyli ma kształt wałka, tulei, tarczy albo krążka. W takich przypadkach toczenie jest zwykle szybsze i tańsze niż frezowanie, a przy tym zapewnia bardzo dobrą współosiowość powierzchni.
Frezowanie CNC jest lepsze, gdy detal ma płaskie ściany, kieszenie, otwory poza osią albo złożoną geometrię. Frezowanie sprawdza się też przy detalach o skomplikowanych kształtach, których nie da się uzyskać przez obrót przedmiotu. Poniższe zestawienie pokazuje główne różnice:
| Kryterium | Toczenie CNC | Frezowanie CNC |
|---|---|---|
| Ruch główny | Obraca się przedmiot, narzędzie się przesuwa | Obraca się narzędzie, przedmiot jest zamocowany |
| Typowy kształt | Wałki, tuleje, tarcze, elementy gwintowane | Płyty, korpusy, obudowy, formy |
| Skomplikowana geometria | Ograniczona do kształtów osiowo-symetrycznych | Możliwa, szczególnie na maszynach 5-osiowych |
| Produkcja seryjna | Bardzo wydajna, zwłaszcza z pręta | Wydajna przy odpowiednim oprzyrządowaniu |
| Współosiowość powierzchni | Bardzo dobra, bo detal jest obrabiany w jednym zamocowaniu wokół jednej osi | Wymaga starannego ustawienia |
Często najlepszym rozwiązaniem jest połączenie obu technologii. Detal można wytoczyć, a następnie wyfrezować w nim płaszczyzny czy otwory, w osobnych operacjach albo na centrum tokarsko-frezarskim. O wyborze najlepiej zdecyduje technolog na podstawie rysunku.
Zastosowania toczenia CNC
Toczenie CNC jest podstawowym procesem produkcyjnym w wielu gałęziach przemysłu. Najczęściej wykorzystują je:
- Przemysł motoryzacyjny: wałki, tuleje, piasty, elementy układów napędowych, zaworów i wtryskiwaczy.
- Przemysł lotniczy: elementy konstrukcyjne, złącza i tuleje z aluminium oraz stali, wykonywane z wysoką precyzją i udokumentowaną kontrolą jakości.
- Przemysł medyczny: elementy narzędzi i urządzeń medycznych, często ze stali nierdzewnej.
- Budowa maszyn i automatyka: wały, prowadnice, tuleje, elementy siłowników oraz półfabrykaty kół zębatych, które później są frezowane lub szlifowane.
- Hydraulika i pneumatyka: złączki, trzpienie i komponenty zaworów.
Toczenie stosuje się zarówno przy pojedynczych prototypach, jak i przy produkcji małych, średnich i dużych serii. Ta technologia pozwala wykonać detale o powtarzalnych wymiarach, co ma znaczenie w każdej branży, w której elementy muszą do siebie pasować. Dotyczy to zwłaszcza przemysłu motoryzacyjnego, gdzie części produkuje się w dużych seriach.
Usługi toczenia CNC w Sacher
Sacher rozwija kompetencje w produkcji precyzyjnych części od 1989 roku. Dzięki temu mamy duże doświadczenie, a dzięki nowoczesnemu parkowi maszynowemu (28 centrów obróbczych) i zespołowi 52 specjalistów jesteśmy w stanie zaoferować usługi toczenia CNC metali i tworzyw sztucznych. Realizujemy prototypy, pojedyncze detale oraz małe i średnie serie.
Oferujemy też dodatkowe usługi w jednym miejscu: frezowanie, 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.
Toczenie CNC - FAQ
Czym różni się toczenie CNC od toczenia na tokarce uniwersalnej?
Toczenie CNC różni się od toczenia na tokarce uniwersalnej tym, że posuw i głębokość skrawania ustawia program, a nie operator. Dzięki temu każda sztuka jest wykonana tak samo, a maszyna może pracować szybciej i wykonywać bardziej złożone kształty.
Jaką dokładność można uzyskać?
Dokładność toczenia CNC zależy od maszyny, materiału i kształtu detalu. Na tokarkach CNC osiąga się zwykle tolerancje rzędu setnych części milimetra, a przy szczególnych wymaganiach dokładniejsze. Konkretne wartości ustalamy po analizie rysunku.
Czy na tokarce można wykonać gwint?
Tak, na tokarce można wykonać gwint zewnętrzny i wewnętrzny. Gwintowanie to jedna z podstawowych operacji, którą wykonuje się na tej samej maszynie co toczenie.
Czy można toczyć stal nierdzewną, aluminium i tworzywa sztuczne?
Tak, stal nierdzewną, aluminium i tworzywa sztuczne można toczyć. Każdy z tych materiałów wymaga jednak innych narzędzi i parametrów skrawania, a stal nierdzewna i tworzywa szczególnej uwagi.
Od jakiej liczby sztuk opłaca się toczenie CNC?
Toczenie 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.