W nowoczesnej produkcji szeroko stosowane są maszyny CNC (Computer Numerical Control). Są to sterowane komputerowo narzędzia przeznaczone do wykonywania precyzyjnych ruchów w powtarzalnych wzorach. Wprowadzono je do przemysłu w latach 40-tych i 50-tych. Jako wysoce precyzyjne maszyny, są wykorzystywane w różnych operacjach obróbki skrawaniem. Chociaż obróbka CNC jest bardzo podobna do druku 3D, główne różnice to wysoka precyzja, zaawansowana prędkość i koszt. Ogólnie rzecz biorąc, maszyny CNC są lepszym wyborem do bardziej precyzyjnych, wydajnych i wysokiej jakości projektów. Istnieją różne rodzaje narzędzi CNC, a producenci przeważnie używają ich do projektów wymagających dużej precyzji i dokładności, stąd też ważnym jest, aby dobrać odpowiednią maszynę do danego projektu. Zanim jednak omówimy te narzędzia, przyjrzyjmy się bliżej różnym typom CNC.
Rodzaje maszyn do cięcia CNC tworzyw sztucznych i innych
Zasadniczo istnieje pięć szerokich kategorii obrabiarek CNC, zależnych od rodzaju obrabiarki, precyzji oraz charakteru projektu. Są to:
- Frezarka CNC
Jest to prawdopodobnie najpopularniejszy rodzaj na rynku. Konkretny program w alfanumerycznej postaci jest tłumaczony na frezarkę CNC (komputerowe sterowanie urządzeń numerycznych). W tych operacjach obróbki skrawaniem używany jest język programowania o nazwie G-code. Po zaprogramowaniu obrotowe narzędzie tnące tnie blachę na różne kształty i rozmiary. W przeciwieństwie do innych frezarek obsługiwanych ręcznie, frezowanie CNC oferuje znacznie większą precyzję.
- Router CNC
Podobnie jak większość ploterów obsługiwanych ręcznie, odpowiedniki CNC mogą ciąć materiały takie jak drewno, plastik, stal, aluminium, pianka i kompozyty. Jednak dzięki zastosowaniu CNC będziesz w stanie wyciąć więcej prototypowych modeli i zaawansowanych kształtów materiałów. Podobnie jak przy frezarce CNC, Router współpracuje z cyfrowymi sterownikami komputerowymi, aby wyprodukować więcej części w krótszym czasie, zwiększając tym samym produktywność. Zazwyczaj przemysłowe routery CNC mają maszyny 3-osiowe, jednak w technicznych i bardzo złożonych operacjach obróbki skrawaniem stosuje się obrabiarki 4-osiowe, 5-osiowe a nawet 6-osiowe.
- Tokarka CNC
Używając innego języka programowania, maszyny te mogą wykonywać bardziej precyzyjne cięcia. Są to maszyny obrotowe, które precyzyjnie tną, trójwymiarowo kształtują i formują materiały. Maszyny te są idealne do produkcji przedmiotów kulistych lub cylindrycznych.
- Maszyna do cięcia plazmą
Przecinarki plazmowe CNC wykorzystywane są do cięcia metali ciężkich, takich jak stal. Działają na zasadzie przekształcania gazu w plazmę, która jest wydmuchiwana z dużą prędkością przez przecinak. Odpowiednio rozgrzana plazma stopi niemal każdy metal cięty przez maszynę, a wysokie ciśnienie uzyskiwane w procesie użytkowania przecinarki wydmuchuje w miejscu cięcia wszelkie odłamki metalu.
- Maszyna EDM
Maszyny EDM mogą być maszynami wirtualnymi lub maszynami przewodowymi. Wykorzystują one wyładowania elektryczne do cięcia blachy. Z tego powodu tworzą materiały o określonych kształtach i rozmiarach.
Oprócz tych pięciu typów, na rynku dostępne są także inne rodzaje obrabiarek CNC. Wraz z pojawieniem się tych maszyn, produkcja stała się łatwiejsza, ponieważ można tworzyć bardziej precyzyjne i dokładne projekty w możliwie najkrótszym czasie.
Narzędzie CNC
Narzędzia skrawające istnieją od czasów starożytnych. Są jednym z najstarszych wynalazków w historii ludzkości, a te, których używamy dzisiaj radykalnie się zmieniły. Wiążą się one z zastosowaniem różnego typu pił. Pierwotnie budowaliśmy je z kamienia, więc obecne, metalowe narzędzia zyskały wielką wartość w dziedzinie produkcji. Chociaż wszystkie narzędzia skrawające służą temu samemu celowi, tnąc materiał, ich zastosowania są wysoce zróżnicowane.
Zasadniczo, aby narzędzie skrawające było skuteczne, musi spełniać odpowiednie kryteria:
- Musi być 30% do 50% twardsze niż materiał, z którym pracuje.
- Ma wysoką przewodność cieplną.
- Ma niski współczynnik tarcia.
- Chemicznie obojętny i stabilny.
W praktyce narzędzia CNC wykonują różne operacje skrawania. Zanim będziesz mógł rozważyć, którego z nich użyć do określonej operacji, musisz wiedzieć, jakie tworzywa producent zastosował do wykonania narzędzia. Na podstawie tego materiału narzędzia skrawające dzielimy na:
- Narzędzia ze stali węglowej
Te narzędzia skrawające są niedrogie i przeznaczone przede wszystkim do pracy z niską prędkością. Mają zawartość węgla 0,6 – 1,5%, a także niewielkie ilości manganu i krzemu. Stosowane są głównie w wiertarkach krętych, narzędziach formujących, frezach i tokarkach.
- Stal szybkotnąca (HSS)
Składa się ze stali wysokowęglowej oraz odpowiedniej ilości pierwiastków stopowych takich jak chrom, wolfram i molibden. Dzięki tej kombinacji zwiększa się twardość, odporność na zużycie i wytrzymałość. Zapewnia to wyższą wydajność usuwania metali i innych materiałów.
- Ceramika
Te chemicznie obojętne narzędzia są odporne na korozję i są nawet dziesięciokrotnie szybsze niż HSS. Zwykle materiał ceramiczny stworzony jest z tlenku glinu, oraz azotku krzemu. W projektach, które wymagają najwyższej jakości operacji wykończeniowych, często wykorzystuje się ten rodzaj materiału.
- Węglik
Zaprojektowane do pracy z dużą prędkością, te narzędzia z węglików spiekanych są niezwykle twarde i wytrzymują temperatury do 1000 stopni celsjusza. Zwykle powstają z tantalu, tytanu i wolframu. Wykorzystywane są również przy operacjach wymagających wysokiej jakości wykończenia powierzchni.
Narzędzia skrawające CNC
Narzędzia skrawające CNC są dostępne w różnych kształtach i rozmiarach do różnych operacji frezowania i toczenia. Oprócz tego należy obrabiać przedmiot z użyciem właściwego oprogramowania oraz frezów. Niektóre frezy CNC to:
- Frez trzpieniowy – Obrotowe narzędzie tnące, którego można używać do usuwania materiału. Chociaż są bardzo podobne do wierteł, frezy trzpieniowe są używane do bardziej ogólnych operacji obróbki skrawaniem. W przeciwieństwie do wierteł, które wcinają się w materiał osiowo, frezy trzpieniowe są narzędziami bocznymi, które mogą ciąć w dowolnym kierunku. Ze względu na swoją konstrukcję niektóre frezy trzpieniowe nie mogą ciąć materiału osiowo. Ogólnie rzecz biorąc, frezy trzpieniowe mają różne typy końcówek, każdy w zależności od pożądanego produktu końcowego. Różne typy frezów końcowych to:
- Frezy kuliste: idealne do pracy z konturami 3D, frezy kuliste mają zaokrągloną końcówkę dla doskonałych zakrzywionych powierzchni.
- Frezy do rowków w kształcie V: te narzędzia wykonują wycięcie w kształcie litery V. V-bity mogą mieć 90o lub 60o, w zależności od kąta zagłębienia wymaganego przez materiał. Chociaż są powszechnie używane do grawerowania znaków na materiałach, są idealne do projektów wymagających idealnie ostrej krawędzi.
- Frezy walcowo-czołowe z rowkiem prostym: te narzędzia skrawające CNC są narzędziami ogólnego przeznaczenia, które zapewniają doskonałą jakość krawędzi.
- Frezy typu Downcut i Upcut: te spiralne narzędzia umożliwiają uzyskanie gładkiego wykończenia powierzchni poprzez przenoszenie resztek wiórów w dół lub chropowatego wykończenia powierzchni poprzez przenoszenie pozostałości w górę iz dala od wyznaczonego obszaru.
- Podstawowa konstrukcja frezu walcowo-czołowego obejmuje rowek (spiralny rowek), krawędź skrawającą (ząb), średnicę, trzonek, długość skrawania i długość całkowitą narzędzia.
Zanim przejdziemy do obrabiania pamiętajmy o konieczności wcześniejszego zaprojektowania cięcia z zachowaniem stabilności termicznej materiału.
Wiertła CNC
Poniżej przedstawiamy wiertła i noże, które służą do cięcia metodą CNC
Wiertła kręte: Te frezy obrotowe CNC mają dwa rowki i dwie krawędzie tnące. Dzięki unikalnej konstrukcji chłodziwo szybko dociera do punktu skrawania. Producenci często używają tych narzędzi skrawających, aby obniżyć koszty produkcji i wykonywać operacje z wykończeniem na najwyższym poziomie. Wiertło kręte składa się z trzech głównych części: trzonka, korpusu i końcówki.
Latające ostrze nożycowe: Te jednoostrzowe noże na frezarkach, są ogólnego zastosowania, zapewniają doskonałe wykończenie powierzchni. Frez CNC przechodzi przez powierzchnię materiału, obracając się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, dzięki czemu powierzchnia materiału jest gładka i płaska. Są przeznaczone dla inżynierów CNC poszukujących doskonałego, precyzyjnego wykończenia.
Chłodziwa i płyny chłodząco-smarujące w trakcie cięcia
Zazwyczaj nie są stosowane w narzędziach skrawających CNC. Płyny chłodząco-smarujące usuwają wióry z obszaru cięcia. Zapewniają również dodatkowe korzyści, takie jak:
- Zmniejszają odkształcenia termiczne przedmiotu obrabianego.
- Poprawiają żywotność narzędzia.
- Poprawiają wykończenie powierzchni.
- Uchwyty narzędziowe zazwyczaj utrzymują narzędzia skrawające CNC na miejscu, zanim zostaną one zainstalowane na maszynie CNC.
Dlaczego warto wybrać odpowiednie narzędzie CNC?
Obróbka skrawaniem odgrywa kluczową rolę w jakości Twojego projektu. Wycinanie CNC różni się od tradycyjnych technik cięcia w wielu aspektach. Chociaż maszyny CNC są drogie w zakupie, nie można przeoczyć szerokiego spectrum w zastosowaniu maszyn sterowanych komputerowo. W rzeczywistości jakość twojego projektu zależy od rodzaju używanego narzędzia skrawającego. Świat przemysłowy jest wysoce konkurencyjny, a producenci i użytkownicy końcowi w drodze do sukcesu, muszą tworzyć produkty najwyższej jakości poprzez odpowiednie planowanie i precyzyjne cięcie. Ponieważ noże są podstawą profesjonalnego projektowania, szczególną uwagę należy zwrócić na te drobne szczegóły, które mogą sprawić, że Twój projekt będzie lepszy lub gorszy. Wyższa produktywność, wysoka precyzja, dokładność i wydajność obróbki to siły napędowe wymagane do wytwarzania produktów pierwszej klasy. Możesz łatwo osiągnąć te zalety cięcia CNC, mając odpowiednie narzędzia skrawające, a solidne zrozumienie narzędzi skrawających CNC jest pierwszym krokiem do sukcesu w konkurencyjnej branży.