Hvad er CNC fræsning?
CNC fræsning, det fulde navn er Computer Numerical Control Milling, er en bearbejdningsproces, der anvender computerstyret og roterende multi-point skæreværktøj til gradvist at fjerne materiale fra et emne og producere en specialdesignet del eller produkt. Processen er velegnet til bearbejdning af en række forskellige materialer, såsom metal, plastik, træ og fremstilling af en række specialdesignede dele og produkter.
Flere muligheder er tilgængelige under paraplyen af præcisions-CNC-bearbejdningstjenester, herunder mekanisk, kemisk, elektrisk og termisk bearbejdning. CNC-fræsning er en mekanisk proces, der omfatter boring, drejning og forskellige andre bearbejdningsprocesser, hvilket betyder, at materiale fjernes fra et emne ved hjælp af mekaniske midler, såsom handlingen af en fræsemaskines skæreværktøj.
Denne artikel fokuserer på CNC-fræsningsprocessen, der skitserer det grundlæggende i processen, samt komponenterne og værktøjerne i en CNC-fræsemaskine. Derudover udforsker denne artikel forskellige fræseoperationer og giver alternativer til CNC-fræsningsprocessen.
Millings definition
Hvad er fræsning? Dette er en form for bearbejdning, der bruger et værktøj til at forme emnet på et bord, der normalt er bevægeligt, selvom nogle fræsemaskiner også har bevægeligt værktøj. Fræsning var oprindeligt en manuel operation udført af arbejdere, men i dag udføres det meste af fræsning af CNC-fræsemaskiner, som bruger computere til at overvåge fræseprocessen. CNC fræsning kan give større præcision, nøjagtighed og produktivitet, men der er situationer, hvor manuel fræsning kan være nyttig. Manuel fræsning kræver mange tekniske færdigheder og erfaring, hvilket reducerer ekspeditionstiden. Det har også den ekstra fordel, at manuelle fræsere er billigere, og brugerne behøver ikke at bekymre sig om at programmere maskinen.
Oversigt over CNC fræsning
Som de fleste traditionelle mekaniske CNC-bearbejdningsprocesser bruger CNC-fræseprocesser computerstyringer til at betjene og manipulere værktøjsmaskiner, der skærer og danner emner. Derudover følger processen de samme grundlæggende produktionstrin som alle CNC-bearbejdningsprocesser, herunder:
- Design CAD-modeller
- Konverter CAD-modeller til CNC-programmer
- Opsætning af CNC fræser
- Udfør en fræseoperation
Hvad er CNC fræsning?
CNC-fræsning processen begynder med oprettelsen af et 2D- eller 3D-CAD-deldesign. Det komplette design eksporteres derefter til et CNC-kompatibelt filformat og konverteres af CAM-software til et CNC-maskinprogram, der dikterer maskinens bevægelse og værktøjets bevægelse hen over emnet. Før operatøren kører CNC-programmet, forbereder de CNC-fræseren ved at fastgøre emnet til værktøjsmaskinens arbejdsflade (dvs. bordet) eller til emneholderen (såsom en skruestik) og montere fræseværktøjet til maskinen værktøjsspindel. CNC-fræsningsprocessen anvender horisontale eller vertikale CNC-kraftfulde fræsemaskiner – afhængigt af specifikationerne og kravene til fræseapplikationen – såvel som roterende flerpunkts- (dvs. multi-tand) skæreværktøjer såsom fræsere og boremaskiner. Når maskinen er klar, starter operatøren et program gennem maskingrænsefladen, der beder maskinen om at udføre en fræseoperation.
Når først CNC-fræsningsprocessen er startet, begynder værktøjsmaskinen at rotere skæreværktøjet med hastigheder på op til flere tusinde omdrejninger i minuttet. Afhængigt af den anvendte fræsemaskine og kravene til fræseapplikationen, når værktøjet dykker ned i emnet, vil maskinen gøre et af følgende for at foretage de nødvendige snit på emnet:
- Før arbejdsemnet langsomt ind i det stationære roterende værktøj
- Flytning af værktøjet på et stationært emne
- Relativ bevægelse af værktøj og emne
I modsætning til den manuelle fræseproces, i CNC fræsning, fremfører værktøjsmaskinen normalt det bevægelige emne ved rotation af skæreværktøjet i stedet for ved rotation af skæreværktøj. Fræseoperationer, der overholder denne konvention, kaldes klatrefræseoperationer, mens den modsatte operation kaldes konventionelle fræseoperationer.
Generelt er fræsning bedst egnet som et supplement eller efterbearbejdningsproces til et bearbejdet arbejdsemne for at give definitionen af delegenskaber såsom huller, slidser og gevind, eller for at fremstille delegenskaber. Processen kan dog også bruges til at forme lagermateriale fra start til slut. I begge tilfælde fjerner fræseprocessen gradvist materiale for at skabe den ønskede form og delform. Først skærer værktøjet små stykker eller spåner fra emnet for at skabe en omtrentlig form. Emnet fræses derefter med en højere tidsplan og med større præcision for at afslutte delen med dens præcise funktioner og specifikationer. Ofte skal den færdige del bearbejdes flere gange for at opnå den ønskede nøjagtighed og tolerancer. For dele med mere komplekse geometrier, når fræseoperationen er afsluttet, og delen er produceret til specialdesignede specifikationer, går den fræsede del ind i efterbehandlings- og efterbehandlingsstadierne af produktionen.
CNC fræsedrift
CNC-fræsning er en bearbejdningsproces, der er velegnet til fremstilling af højpræcisions- og højtolerancedele i prototype-, engangs- og små til mellemstore produktionsserier. Mens dele typisk fremstilles med tolerancer fra +/- 2 filamenter til +/- 10 filamenter, kan nogle fræsemaskiner opnå tolerancer så høje som +/- 1 filament eller endda højere. Fræseprocessens alsidighed gør, at den kan bruges i en lang række industrier og til en række delefunktioner og designs, herunder slidser, affasninger, gevind og lommer. De mest almindelige CNC fræseoperationer omfatter:
- Ansigtsfræsning
- Flad fræsning
- Vinkelfræsning
- Formfræsning
ansigtsfræsning
Planfræsning, hvor skæreværktøjets rotationsakse er vinkelret på emnets overflade. Denne metode bruger en planfræser, der har tænder på både omkredsen og værktøjsfladen, hvor omkredstænderne primært bruges til skæring, og fronttænderne bruges til efterbehandling. Planfræsning bruges typisk til at skabe flade overflader og konturer på den færdige del og er i stand til at producere en finish af højere kvalitet end andre fræseprocesser. Både vertikale og horisontale fræsemaskiner understøtter denne proces.
Typer planfræsning omfatter endefræsere og sidefræsere, som anvender henholdsvis endefræsere og sidefræsere.
Flad fræsning
Planfræsning, også kendt som planfræsning eller pladefræsning, hvor rotationsaksen for skæreværktøjet er parallel med overfladen af emnet. Processen bruger almindelige fræsertænder til at udføre skæreoperationer i periferien. Afhængigt af specifikationerne for fræseapplikationen, såsom skæredybde og emnestørrelse, er smalle og brede fræsere tilgængelige. Smalle knive giver mulighed for dybere snit, mens brede knive kan bruges til at skære større overflader. Hvis en planfræsning kræver fjernelse af en stor mængde materiale fra et emne, begynder operatøren med at bruge en grovtandskærer, langsomme skærehastigheder og hurtige tilspændingshastigheder for at producere den omtrentlige geometri af den specialdesignede del. Operatører introducerer derefter finere fræsere, hurtigere skærehastigheder og langsommere fremføringshastigheder for at producere detaljerne i den færdige del.
Vinkelfræsning
Vinkelfræsning er, hvor rotationsaksen for skæreværktøjet er i en vinkel i forhold til emnets overflade. Processen bruger enkeltvinklede fræsere (vinklet i overensstemmelse med det specifikke design, der bearbejdes) til at skabe vinkelegenskaber såsom affasninger, takker og riller. En almindelig anvendelse til vinkelfræsning er produktion af svalehale, som bruger 45°, 50°, 55° eller 60° svalehalefræsere afhængigt af svalehales design.
Formfræsning
Profilfræsning refererer til fræseoperationer, der involverer uregelmæssige overflader, konturer og profiler, såsom dele med buede og flade overflader eller fuldt buede overflader. Processen anvender profil- eller flueskærere designet til specifikke applikationer, såsom konvekse, konkave og hjørnefiletskærere. Nogle almindelige applikationer til formfræsning omfatter produktion af halvkugleformede og halvcirkelformede hulrum, perler og profiler, såvel som komplekse designs og indviklede dele fra en enkelt maskinopsætning.
Andre fræseoperationer
Ud over ovenstående operationer kan fræsemaskiner bruges til at udføre andre specialiserede fræse- og bearbejdningsoperationer. Eksempler på andre tilgængelige typer fræseoperationer omfatter:
Trinfræsning: Trinfræsning refererer til en fræseoperation, hvor en værktøjsmaskine bearbejder to eller flere parallelle emneoverflader i et enkelt snit. Processen bruger to fræsere på samme maskinspindel, arrangeret således, at fræserne er på hver side af emnet og kan fræse begge sider samtidigt
Kombineret fræsning: Hvad er kombineret fræsning? Kombineret fræsning er en fræseoperation, der udføres med to eller flere værktøjer (normalt af forskellige størrelser, former eller bredder) på den samme maskindorn. Hver fræser kan udføre den samme skæreoperation på samme tid eller forskellige skæreoperationer på samme tid, hvilket gør det muligt at producere mere komplekse dele på kortere produktionstider.
Konturfræsning: Konturfræsning er, hvor en værktøjsmaskine skaber en skærebane på et emne langs en lodret eller skrå overflade. Processen bruger profilfræseudstyr og skæreværktøj, som kan være parallelt eller vinkelret på emnets overflade.
Gearskæring: Gearskæring er en fræseoperation, der bruger en evolvent tandhjulsskærer til at skabe tandhjulstænder. Disse fræsere er en type profilfræser og fås i en række forskellige former og stigningsstørrelser afhængigt af antallet af tænder, der kræves til et bestemt geardesign. I denne proces kan specielle drejeværktøjsbits også bruges til at fremstille tandhjulstænder.
Andre bearbejdningsprocesser: Da fræsemaskiner understøtter brugen af andre værktøjsmaskiner end fræseværktøjer, kan de bruges til andre bearbejdningsprocesser end fræsning, såsom boring, boring, oprømning og anboring.
Som de fleste CNC-bearbejdningsprocesser bruger CNC-fræsningsprocessen CAD-software til at generere det indledende deldesign og CAM-software til at generere CNC-programmet, der giver bearbejdningsinstruktionerne til at producere delen. CNC-programmet indlæses derefter på den valgte CNC-maskine for at starte og udføre fræseprocessen.
Forholdsregler for fræsemaskine
Generelt er fræsemaskiner opdelt i vandrette og lodrette maskinkonfigurationer og er differentieret efter antallet af bevægelsesakser.
På en lodret fræsemaskine er maskinspindelen lodret orienteret, mens fræsemaskinens spinddel er placeret vandret i vandret orientering. Horisontale maskiner inkorporerer også spindler under fræsning for yderligere støtte og stabilitet, samt evnen til at understøtte en bred vifte af skærende værktøjer, såsom i hjul- og straddle fræsning.
Styringen af både vertikale og vandrette fræsere afhænger af den anvendte type maskine. For eksempel kan nogle maskiner hæve og sænke spindlen og flytte bordet til siden, mens andre maskiner har en fast spindel og bord, der kan bevæge sig vandret, lodret og rotationsmæssigt. Ved valg af lodrette og vandrette fræsemaskiner skal producenter og butikker tage hensyn til kravene til fræseapplikationen, såsom antallet af overflader, der skal fræses og delens størrelse og form. For eksempel er tunge emner bedre egnet til vandrette fræseoperationer, mens synkeapplikationer er bedre egnede til vertikale fræseoperationer. Hjælpeudstyr er også tilgængeligt, som kan eftermontere vertikale eller vandrette maskiner for at understøtte den modsatte proces.
De fleste CNC-fræsere kan bruge 3 til 5 akser – typisk ydeevne langs XYZ-aksen og (hvis relevant) omkring rotationsaksen. X- og Y-aksen repræsenterer vandret bevægelse (henholdsvis bevægelse til venstre og højre og frem og tilbage på planet), mens Z-aksen repræsenterer lodret bevægelse (bevægelse op og ned), og W repræsenterer vandret bevægelse. – Aksen repræsenterer den diagonale bevægelse i det lodrette plan. I grundlæggende CNC fræsemaskiner er vandret bevægelse mulig i to-akse (XY), mens nyere modeller tillader yderligere bevægelsesakse, såsom 3-, 4- og 5-akse CNC-maskiner. Nedenfor er en oversigt over nogle af egenskaberne ved fræsemaskiner klassificeret efter antallet af bevægelsesakse.
3 akse
- I stand til at opfylde de fleste bearbejdningsbehov
- Maskinopsætning er enkel.
- Der kræves kun én arbejdsstation
- Højere videnskrav til operatører
- lavere effektivitet og kvalitet
4 akse
- Bedre egenskaber end 3-aksede maskiner
- Højere præcision og nøjagtighed end 3-aksede maskiner
- Maskinopsætning er mere kompleks end 3-aksede maskiner
- Dyrere end en tre-akset maskine
5 akse
- Kan konfigureres med flere akser (f.eks. 4+1, 3+2 eller 5)
- mere magtfuld
- Afhængigt af konfigurationen er hurtige taster nemmere at betjene end tre- og fireaksede maskiner
- Højere niveau af kvalitet og præcision
- Afhængigt af konfigurationen kører den langsommere end 3-akset og 4-akset bearbejdning
- Dyrere end 3-aksede og 4-aksede maskiner
Afhængigt af den anvendte fræsemaskine kan maskinen, maskinbordet eller begge komponenter være dynamiske. Typisk bevæger dynamiske borde sig langs XY-aksen, men de kan også bevæge sig op og ned for at justere skæredybden og rotere langs den lodrette eller vandrette akse for at udvide skæringen. Til fræseapplikationer, der kræver dynamisk værktøj, bevæger værktøjsmaskinen sig, ud over dens iboende rotationsbevægelse, lodret langs flere akser, hvilket tillader værktøjets omkreds (i stedet for kun dets spids) at skære ind i emnet. CNC fræsemaskiner med større frihedsgrader giver mulighed for større alsidighed og kompleksitet af de producerede fræsede dele.
Type fræsemaskine
Flere forskellige typer fræsemaskiner er tilgængelige til en række forskellige bearbejdningsapplikationer. Ud over at blive klassificeret udelukkende baseret på maskinkonfiguration eller antallet af bevægelsesakse, kan fræsemaskiner også klassificeres efter deres specifikke egenskaber. Nogle af de mest almindelige typer fræsemaskiner inkluderer:
- knæ type
- Ram type
- Sengetype (eller produktionstype)
- høvl
Knætype: Knæ-fræsere har en fast spindel og et lodret justerbart bord, der hviler på en sadel, der understøttes af knæet. Afhængigt af maskinens position kan knæet sænkes og hæves på søjlen. Nogle eksempler på knæmøller omfatter gulvstående og bordplade vandrette møller.
Ramtype: Ramtype-fræsemaskiner bruger en spindel, der er fastgjort til en søjle, som gør det muligt for maskinen at bevæge sig langs XY-aksen med et bevægeligt hus (dvs. RAM). De to mest almindelige typer af lodrette fræsemaskiner omfatter gulvstående generelle horisontale og roterende fræsemaskiner med fræsehoved.
Sengetype: En fræsemaskine af sengetype bruger et bord direkte fastgjort på maskinen for at forhindre, at emnet bevæger sig langs Y- og Z-aksen. Emnet er placeret under skæreværktøjet, som afhængigt af maskinen kan bevæge sig langs XYZ-aksen. Nogle af de tilgængelige bed-type fræsemaskiner inkluderer enkeltsidede, dobbeltsidede og tredobbelte fræsemaskiner. Enkeltsidede maskiner bruger en enkelt spindel, der bevæger sig langs X- eller Y-aksen, mens dobbeltsidede maskiner bruger to spindler, mens tresidede maskiner bruger tre spindler (to vandrette og en lodret) til at bearbejde langs XY- og XYZ-aksen, henholdsvis.
Høvlemøller: Høvlemøller ligner bundfræsere, idet de har et bord, der er fastgjort langs Y- og Z-aksen og en spindel, der kan bevæge sig langs XYZ-aksen. Imidlertid kan høvlemaskiner samtidig understøtte flere maskiner (normalt op til fire), hvilket reducerer gennemløbstiden for komplekse dele.
Nogle af de specielle typer fræsemaskiner, der er tilgængelige, omfatter roterende bord-, tromle- og planetfræsemaskiner. Roterende bordfræsere har et cirkulært bord, der roterer omkring en lodret akse og bruger maskiner placeret i forskellige højder til skrub- og efterbearbejdning. En tromlefræser ligner en roterende bordmaskine, bortset fra at bordet kaldes en "tromle", og det roterer omkring en vandret akse. I en planetarisk maskine er bordet fastgjort, og emnet er cylindrisk. En roterende maskine bevæger sig hen over emnets overflade og skærer både indre og ydre funktioner såsom gevind.
Behandlingsmaterialer
CNC-fræsningsprocessen bruges bedst som en sekundær bearbejdningsproces for at give færdigbearbejdning af specialdesignede dele, men kan også bruges til at producere specialdesignede og specialdele fra start til slut. CNC fræseteknologi gør det muligt at bearbejde dele i en række forskellige materialer, herunder:
- Metaller (herunder legeringer, specialmetaller, tungmetaller osv.)
- Plast (herunder hærdeplast og termoplast)
- elastomer
- kompositmateriale
- træ
Som ved alle bearbejdningsprocesser skal flere faktorer tages i betragtning, når man vælger et materiale til fræseapplikationer, såsom materialets egenskaber (dvs. hårdhed, træk- og forskydningsstyrke samt kemisk og høj temperaturbestandighed) og materialets omkostningseffektivitet. bearbejde materiale. Disse kriterier bestemmer henholdsvis, om materialet er egnet til formalingsprocessen, og de budgetmæssige begrænsninger ved formalingsansøgningen. Det valgte materiale bestemmer den anvendte type maskine og dens design, samt de optimale maskinindstillinger, herunder skærehastighed, tilspænding og skæredybde.
Så hvad er CNC fræsning?
CNC fræsning er en bearbejdningsproces, der er velegnet til bearbejdning af en række forskellige materialer og fremstilling af en række specialdesignede dele. Selvom denne proces kan vise fordele i forhold til andre bearbejdningsprocesser, er den muligvis ikke egnet til enhver fremstillingsapplikation, og andre processer kan vise sig at være mere egnede og omkostningseffektive.
Nogle andre mere konventionelle bearbejdningsprocesser omfatter boring og drejning. Ligesom fræsning udføres boring normalt med et flerpunktsværktøj (dvs. et bor), mens drejning udføres med et enkeltpunktsværktøj. Men mens det roterer, kan emnet bevæge sig og rotere ligesom nogle fræseapplikationer, mens emnet under boring er stationært under hele boreprocessen.
Nogle ukonventionelle bearbejdningsprocesser (dvs. uden brug af værktøjsmaskiner, men stadig med processer til mekanisk materialefjernelse) omfatter ultralydsbearbejdning, vandstråleskæring og slibende strålebearbejdning. Ukonventionelle, ikke-bearbejdningsprocesser (dvs. kemiske, elektriske og termiske bearbejdningsprocesser) giver andre alternativer til at fjerne materiale fra emner, der ikke bruger værktøjsmaskiner eller mekaniske materialefjernelsesprocesser, herunder kemisk fræsning, elektrokemisk afgratning, laserskæring og plasmabueskæring . Disse ukonventionelle bearbejdningsmetoder understøtter produktionen af mere komplekse, mere krævende og specialiserede dele, som ofte ikke er mulige med konventionel bearbejdning.
