La fabricació substractiva és un dels tipus de fabricació de precisió més comuns i utilitzats. Concretament, en la fabricació substractiva, a diferència de la impressió 3D, es comença amb un bloc sòlid o estructura de material i es retalla amb una màquina fins que s'obté la figura desitjada. Això ho fan de manera similar els escultors, tot i que en la fabricació substractiva substituïm l'escultura per una màquina o un braç robòtic.
Tornejat CNC i Fresat CNC són les formes de fabricació més comunes en la fabricació subtractiva. Tot i que en la llengua comuna es poden utilitzar indistintament, en realitat són diferents i tenen els seus propis tipus específics de punts forts, punts febles i usos. En les següents línies, esperem poder proporcionar la informació més bàsica i introductòria sobre l'ús de màquines CNC per ajudar-vos també en el pas del vostre proper projecte.
Què és el tornejat CNC?
El procés de tornejat CNC consisteix en què una barra de material es subjecta en un mandril i es fa girar a una velocitat determinada mentre una eina de tornejat s'alimenta cap a la forma desitjada que es vol fer i s'extreu del material. Aquest procés es descriu amb diferents característiques i es deu particularment al moviment descrit on la peça gira mentre l'eina es talla. En aquest procés específic, l'eina de tall es manté en una posició mentre gira i es mou al llarg dels altres eixos.
El tornejat CNC es fa en una màquina anomenada torn o centre de tornejat. Com que el material gira sobre un eix, el tornejat CNC està pensat per crear peces cilíndriques o tubulars. Si heu de produir un eix bàsic, una pota decorativa per a una taula o un connector complicat per a l'enginyeria aeroespacial, el tornejat és majoritàriament el mètode de mecanitzat preferit.
El procés de tornejat CNC
Per començar el procés de tornejat, s'utilitza una barra rodona. Aquesta barra es munta al cargol del torn. El cargol és el component principal, ja que proporciona el moviment de rotació necessari.
Primer, s'energitza el cargol i la peça gira a milers de revolucions per minut (RPM). Una eina muntada a la torreta es porta a la cara de la peça. L'eina, mentre el cargol talla, es mou linealment paral·lelament al cilindre i arrenca les encenalls de la peça.
Com que l'eina està en contacte de tall en tot moment, el procés és força ràpid i es poden produir talls molt nets. De fet, és per això que les operacions de tornejat CNC solen ser reconegudes per la seva eficiència i els seus alts acabats superficials.
Tipus d'operació de tornejat CNC
El terme "tornejat" es pot utilitzar per descriure totes les operacions d'un torn CNC, però depenent de l'eina i el patró de moviment de la màquina, es poden fer algunes coses.
- Refrentat: Aquesta operació s'utilitza perquè l'eina pugui passar per l'extrem de la peça per crear una superfície perpendicular a l'eix de rotació. Aquesta superfície normalment es requereix perquè es puguin fer operacions posteriors en una peça de dimensió coneguda.
- Tornejat exterior: l'eina es mou al llarg de la longitud de la peça per reduir-ne el diàmetre i obtenir la forma cilíndrica principal.
- Mandrinat: per obtenir mesures específiques de diàmetre intern, una eina es mou axialment a través de la peça per ampliar un forat prèviament perforat.
- Roscat: Aquesta funció fa que la màquina-eina es mogui i talli a través dels exteriors o interiors de la peça de treball a velocitats d'avanç específiques calculades en funció de la velocitat de rotació del cargol que talla les rosques del cargol a la peça de treball.
- Ranurat: Aquesta peça de treball fa que la màquina-eina tregui una porció d'un costat de la peça de treball tallant-la radialment, cosa que resulta en un canal o una ranura.
- Moletejat: Una eina especial que no elimina material però que prem un patró superficial (normalment alguns diamants o dissenys de línies rectes) a la peça de treball amb la finalitat de crear una millor adherència a la superfície d'una peça de treball.
Materials compatibles amb el tornejat CNC
El tornejat CNC permet treballar amb molts tipus diferents de materials. El tornejat CNC utilitza un objecte giratori amb una eina de tall rígida. Els plàstics tous i els superaliatges endurits es poden treballar amb el tornejat CNC.
Els metalls que es poden utilitzar inclouen: alumini (6061, 7075), llautó, acer baix en carboni, acer inoxidable (303, 304, 316), titani i magnesi.
Els plàstics que es poden utilitzar inclouen: ABS, niló, policarbonat, PEEK, PTFE (tefló) i acrílic.
El material que es tria sol determinar la velocitat de tall i el tipus d'eina que s'utilitza. Quan s'utilitza alumini tou, el tornejat és més ràpid i l'eina acaba desgastant-se menys. Això és diferent del tornejat d'acer inoxidable tractat tèrmicament.
Beneficis i inconvenients del tornejat
Beneficis:
- Velocitat:Per a peces cilíndriques, el tornejat és significativament més ràpid que el fresat perquè l'acció de tall contínua elimina material ràpidament.
- Acabat superficial:La rotació contínua permet uns acabats excepcionalment suaus i d'alta qualitat sense les marques visibles de les eines que sovint deixa el fresat.
- Rendible:Per a peces rodones, els torns són generalment més econòmics d'operar i configurar que els fresadors complexos.
- Precisió:Excel·lent per aconseguir toleràncies ajustades en diàmetres i concentricitat.
Inconvenients:
- Limitacions geomètriques:Estàs restringit en gran mesura a peces amb simetria rotacional. No pots girar fàcilment una caixa quadrada o una forma orgànica complexa que no tingui un eix central.
- Desgast d'eines:El contacte constant pot provocar acumulació de calor, cosa que requereix estratègies de refrigeració robustes i un desgast de l'eina potencialment més ràpid en materials més durs.
Què és el fresat CNC?
Quan freso alguna cosa amb CNC, faig el contrari de girar-la. En comptes de girar la peça, ara està immòbil i una eina de tall es mou a través d'ella amb un moviment d'anada i tornada per treure material.
En l'àmbit de la fabricació, les fresadores són les màquines de treball. Poden crear qualsevol superfície plana i també són capaces de crear butxaques ranurades, forats i contorns tridimensionals en ziga-zaga detallats. Tot i convertir les peces de la màquina en un cilindre, la fresadora treballa en la creació d'un cub i qualsevol forma que no sigui només rodona. Es poden crear suports, carcasses i qualsevol forma poc convencional.
El nombre d'eixos sobre els quals es poden moure les fresadores també és un element important a l'hora de classificar-les.
- Fresat de 3 eixos: En tres dels eixos, l'eina es pot moure en la direcció X, esquerra o dreta, Y, endavant o enrere, i Z, amunt o avall. Aquest tipus de fresat és estàndard per a peces menys complexes.
- Fresat de 5 eixos: En els 3 eixos ja descrits, i 2 més també descrits en les direccions X i Y, la màquina té un eix de rotació o un mecanisme d'inclinació, ja sigui a l'eina de tall o a la taula de la màquina. Aquesta configuració permet que el tallador s'acosti a la peça des de gairebé qualsevol direcció i és per això que es fabriquen geometries complexes com ara pales de turbina i implants mèdics complexos.
El procés de fresat CNC
Amb el fresat CNC, el procés primer implica una peça de matèria primera, anomenada peça en brut, que es fixa a la taula de la màquina amb un cargol, com a la imatge de la dreta. En una fresadora bàsica de 3 eixos, el material es manté rígidament al seu lloc, com un torn.
A continuació, una talladora cilíndrica, que a tots els efectes s'assembla a un trepant però pot tallar de costat, es gira a altes velocitats en un eix de la màquina. L'ordinador CNC dirigeix l'eix a un conjunt de coordenades. Mentre l'eina gira, pressiona contra el material. L'eina llavors talla part del material.
El procés també és diferent, ja que és intermitent. L'eina està construïda amb múltiples talls, i cada tall de la flauta pot tallar, però ha de sortir de la peça per fer espai perquè el cargol es centri a la peça. Mentre que en un torn, el procés és un tall continu, cosa que és impossible amb aquesta eina.
Tipus d'operacions de fresat CNC
Igual que amb el tornejat, el fresat també descriu una sèrie d'operacions específiques que es poden realitzar per proporcionar característiques específiques a una peça.
- Fresat frontal: Hi ha freses de gran diàmetre que giren sobre un eix perpendicular a les superfícies de la peça. El seu objectiu principal és anivellar la cara superior de la peça per donar un acabat suau.
- Fresat de lloses: Aquest tipus de fresat té la maduixa paral·lela a la peça. Això s'utilitza per eliminar grans volums de material ràpidament.
- Fresat angular: L'eina fa xamfrans, ranures o cues d'oreneta en un angle determinat respecte a la peça.
- Fresat de formes: utilitza una maduixa especial que és positiva de la forma desitjada (per exemple, un radi corbat positiu) per tallar diferents formes en una sola passada.
- Fresat a cavall: dues o més freses es munten al mateix eix per mecanitzar dues superfícies paral·leles simultàniament.
- Fresat en grup: Això és similar al fresat a cavall, però amb múltiples talladores que realitzen diverses operacions diferents alhora.
Materials compatibles amb el fresat CNC
Els materials que poden utilitzar les fresadores i els torns són pràcticament els mateixos. Com que les peces són fixes, és més segur i fàcil fresar objectes grans, difícils de manejar o pesats que serien massa perillosos de fer girar en un torn.
- Metalls: Acer i els seus aliatges, acer per a eines, alumini, llautó, coure, titani i inconel.
- Plàstics: Delrin, niló, HDPE, UHMW i PVC.
- Composites: fibra de carboni i fibra de vidre, tot i que són abrasius i probablement necessitarien eines especials.
Beneficis i inconvenients del fresat
Beneficis:
Versatilitat: La capacitat de crear qualsevol forma.
Capacitat multifunció: Una configuració pot realitzar una àmplia varietat de tasques diferents. Trepat, mandrinat i roscat.
Escalabilitat: Pot fer tones de duplicats i canviar fàcilment per crear alguna cosa nova.
Inconvenients:
Cost: Són cars d'operar i de comprar, especialment les màquines de 5 eixos. També són més cars de programar que els torns.
Residus: Les fàbriques sovint creen grans quantitats de residus de materials cars en forma de ferralla.
Marques d'eines: Els talls poden ser molt visibles i pot ser necessari fer processos addicionals per allisar la superfície.
Les principals diferències: tornejat CNC vs fresat CNC
Ambdues són formes de fabricació CNC subtractiva, però hi ha diferències entre el tornejat i el fresat. Conèixer aquestes diferències pot ajudar a millorar l'eficiència de la vostra línia de producció.
1.Moviment
La principal diferència és quin element de la fresadora es mou.
-Gironar significa que la peça gira i la màquina-eina es queda quieta.
-Fresar significa que la peça es manté quieta i la màquina fa girar l'eina.
Aquesta diferència per si sola ja és suficient per alterar la producció de la botiga.
2. Utillatge
-El tornejat utilitza eines de tall d'una sola punta. Tingueu en compte que només una punta d'eina afilada fa contacte amb el material. Així és com es poden fer talls suaus i continus.
-El fresat utilitza eines de tall multipunt. Alguns exemples són les freses de vora i les freses de planejar, que tenen talls al llarg de la ranura de l'eina. Així és com es pot extreure material no cilíndric en grans volums.
3. Formes de les parts
-El tornejat només es fa per a peces que tenen simetria de rotació, com ara cilindres, tubs i esferes. Si ambdues peces tenen seccions transversals idèntiques que són iguals independentment d'on siguin al llarg de l'eix de rotació, aleshores està llesta per tornejar.
-El fresat és el contrari. Això inclou blocs 3D, plaques i altres formes asimètriques complexes. Si una peça té moltes característiques 2D com ara cares planes i talls variats, probablement és una peça per fresar.
4. Formació de xips
-El tornejat produeix encenalls continus, llargs i fibrosos. Això és el resultat de l'acoblament constant de l'eina. Sovint aquests encenalls es poden embolicar al voltant de l'eina, un efecte que s'anomena "niu d'ocell".
-Fresat: Produeix encenalls curts i trencats a causa de l'acció de tall intermitent. Són més fàcils d'evacuar de la zona de tall.
Triar el procés adequat per al vostre projecte
Triar fresat CNC o tornejat CNC no sempre és una decisió binària senzilla. La majoria de les màquines contemporànies són centres de "fresat-torn" que incorporen ambdues funcionalitats. Són capaços de girar la peça per a operacions de tornejat mentre utilitzen portaeines motoritzades per fresar superfícies planes o perforar forats al costat.
Tanmateix, si heu de prendre una decisió sobre un procés primari, heu de tenir en compte els factors següents:
Forma de la peça
Penseu en el disseny. És de naturalesa circular o rodona? Té forma de cargol, pern o pistó? Si és així, hauríeu de començar amb el tornejat. Si la peça és quadrada, rectangular o de formes asimètriques com ara suports, col·lectors o tapes personalitzades, hauríeu de començar amb el fresat.
Volum de Producció
Amb més o menys el mateix volum, el tornejat és més ràpid i menys costós per a produccions d'alt volum que inclouen peces cilíndriques. El torn suís és un tipus de centre de tornejat que fa milers de peces precises en una hora i és molt especialitzat. El fresat tendeix a ser més lent, fins i tot si és per a un gran volum, és una necessitat per a una geometria més complexa.
Recursos financers
Les fresadores de 3, 4 o 5 eixos en la configuració i programació són més cares que els centres de tornejat. Si dissenyeu la vostra peça de manera que s'hagi de tornejar en lloc de fresar, és probable que estalvieu en costos de producció.
Conclusió
Tenir aquest coneixement sobre la fabricació CNC us dóna la capacitat de dissenyar amb més eficiència. Podeu adaptar les vostres peces al procés de mecanitzat específic que s'utilitzarà per eliminar la producció innecessària, millorar la velocitat de producció i reduir els costos. Conèixer les diferències entre la precisió rotacional d'un torn i la capacitat general de contorn d'una fresadora us permet seleccionar l'eina de mecanitzat adequada per a la vostra tasca.
Si encara no esteu segurs de quin procés és ideal per al vostre prototipatge, podeu deixar de dubtar-ho i actuar. Poseu-vos en contacte amb el nostre equip experimentat per obtenir orientació sobre el disseny per a la fabricabilitat o sol·liciteu un pressupost enviant els vostres fitxers CAD.
Preguntes freqüents
Q: Hi ha tornejat per interpolació de fresat?
R: Sí, hi ha un mètode anomenat tornejat per interpolació, on una fresadora pot imitar un torn, tot i que a un ritme significativament més lent i amb menys precisió.
Q: El tornejat CNC costa menys?
R: Generalment, no. Per a la majoria de peces que són adequades (cilíndriques) dins d'un pressupost determinat, el tornejat és més eficient i menys costós. El fresat es conserva per a les peces que no es poden tornejar.
Q: Què és una màquina de fresat-torn?
A: Un centre de mecanitzat híbrid capaç de realitzar operacions de tornejat i fresat en una sola configuració. La peça gira per tornejar i la màquina també disposa d'eines rotatives de subministrament per a funcions de trepat o fresat sense transferir la peça a una altra màquina.
Q: Quin procés té el millor acabat?
A: El tornejat té un millor acabat en peces cilíndriques perquè el tall és continu. El fresat deixa marques d'eina on la fresa està en rotació constant.
