Subtraktivní výroba je jedním z nejběžnějších a nejpoužívanějších typů přesné výroby. Konkrétně v subtraktivní výrobě se na rozdíl od 3D tisku začíná s pevným blokem nebo strukturou materiálu a vyřezává se pomocí stroje, dokud se nezíská požadovaný tvar. Podobně to dělají sochaři, i když v subtraktivní výrobě nahrazujeme sochařství strojem nebo robotickým ramenem.
CNC soustružení a CNC frézování jsou nejběžnějšími formami výroby v subtraktivní výrobě. I když je lze v běžné terminologii používat zaměnitelně, ve skutečnosti se liší a mají své specifické silné a slabé stránky a využití. V následujících řádcích doufáme, že vám budeme schopni poskytnout nejzákladnější a úvodní informace o použití CNC strojů, které vám pomohou i v přípravě vašeho nadcházejícího projektu.
Co je CNC soustružení?
Proces CNC soustružení spočívá v tom, že tyč materiálu je držena v sklíčidle a otáčena určitou rychlostí, zatímco soustružnický nástroj je posouván do požadovaného tvaru a podél něj je vysouván z materiálu. Tento proces je popsán různými charakteristikami a je způsoben zejména popsaným pohybem, při kterém se obrobek otáčí během řezání nástroje. V tomto specifickém procesu řezný nástroj zůstává v jedné poloze, zatímco se otáčí a pohybuje podél ostatních os.
CNC soustružení se provádí na stroji zvaném soustruh nebo soustružnické centrum. Protože se materiál otáčí na vřetenu, je CNC soustružení určeno pro výrobu válcových nebo trubkových dílů. Pokud potřebujete vyrobit základní hřídel, ozdobnou nohu stolu nebo složitý konektor pro letecký a kosmický průmysl, soustružení je většinou preferovanou metodou obrábění.
Proces CNC soustružení
Pro zahájení soustružení se používá kulatá tyč. Tato tyč se upevňuje na vřeteno soustruhu. Vřeteno je hlavní součástí, protože zajišťuje potřebný rotační pohyb.
Nejprve se vřeteno napájí a obrobek se otáčí tisíci otáčkami za minutu (RPM). Nástroj upevněný na revolverové hlavě se přiblíží k čelu obrobku. Nástroj se během řezání vřetenem pohybuje lineárně rovnoběžně s válcem a odstraňuje třísky z obrobku.
Protože je nástroj neustále v řezném kontaktu, je proces poměrně rychlý a lze dosáhnout velmi čistých řezů. To je důvod, proč je CNC soustružení obvykle uznáváno pro svou efektivitu a vysokou kvalitu povrchu.
Typy operací CNC soustružení
Termín „soustružení“ lze použít k popisu všech operací CNC soustruhu, ale v závislosti na nástroji a vzorci pohybu stroje lze provádět několik věcí.
- Čelní obrábění: Tato operace se používá k tomu, aby nástroj mohl očistit konec obrobku a vytvořit tak povrch kolmý k ose otáčení. Tento povrch je obvykle potřebný k tomu, aby bylo možné později provádět operace na součásti o známém rozměru.
- Vnější soustružení: Nástroj se pohybuje podél obrobku, aby zmenšil jeho průměr a získal hlavní válcový tvar.
- Vyvrtávání: pro získání specifických vnitřních průměrů se nástroj pohybuje axiálně skrz obrobek a zvětšuje tak dříve vyvrtaný otvor.
- Závitování: Tato funkce umožňuje obrábění pohybovat a řezat vnější nebo vnitřní strany obrobku specifickými posuvy vypočítanými na základě rychlosti otáčení vřetena, které řeže závity do obrobku.
- Drážkování: U tohoto obrobku obráběcí stroj odstraní část strany obrobku radiálním řezáním, čímž vznikne kanálek nebo drážka.
- Vroubkování: Speciální nástroj, který neodstraňuje materiál, ale vtlačuje do obrobku povrchový vzor (obvykle nějaké diamanty nebo rovné vzory) za účelem vytvoření lepšího úchopu na povrchu obrobku.
Materiály kompatibilní s CNC soustružením
CNC soustružení umožňuje obrábět mnoho různých druhů materiálů. CNC soustružení využívá rotující objekt s pevným řezným nástrojem. Měkké plasty a kalené superslitiny lze obrábět pomocí CNC soustružení.
Mezi kovy, které lze použít, patří: hliník (6061, 7075), mosaz, nízkouhlíková ocel, nerezová ocel (303, 304, 316), titan a hořčík.
Mezi použitelné plasty patří: ABS, nylon, polykarbonát, PEEK, PTFE (teflon) a akryl.
Zvolený materiál obvykle určuje rychlost řezání a typ použitého nástroje. Při použití měkkého hliníku je soustružení rychlejší a nástroj se méně opotřebovává. To je na rozdíl od soustružení tepelně zpracované nerezové oceli.
Výhody a nevýhody soustružení
Výhody:
- Rychlost:U válcových součástí je soustružení výrazně rychlejší než frézování, protože plynulý řezný proces rychle odebírá materiál.
- Povrchová úprava:Plynulá rotace umožňuje výjimečně hladké a vysoce kvalitní obrábění bez viditelných stop po nástroji, které často zanechává frézování.
- Nákladově efektivní:U kulatých dílů jsou soustruhy obecně levnější na provoz a nastavení než složité frézky.
- Přesnost:Vynikající pro dosažení přesných tolerancí průměrů a soustřednosti.
Nevýhody:
- Geometrická omezení:Jste do značné míry omezeni na rotačně symetrické součásti. Nelze snadno soustružit čtvercovou krabici ani složitý organický tvar, kterému chybí středová osa.
- Opotřebení nářadí:Neustálý kontakt může vést k hromadění tepla, což vyžaduje robustní strategie chlazení a potenciálně rychlejší opotřebení nástroje u tvrdších materiálů.
Co je CNC frézování?
Když něco frézuji na CNC, dělám opak soustružení. Místo otáčení obrobku je nyní nehybný a řezný nástroj se po něm pohybuje tam a zpět, aby odebíral materiál.
Ve výrobní oblasti jsou frézky tahouny. Dokážou vytvořit jakýkoli rovný povrch a také drážkované kapsy, otvory a detailní, trojrozměrné, klikaté kontury. Při soustružení obrobků do válce frézka pracuje na vytváření krychle a jakéhokoli tvaru, který není jen kulatý. Lze vytvářet konzole, pouzdra a jakékoli nekonvenční tvary.
Důležitým prvkem kategorizace frézek je také počet os, po kterých se mohou pohybovat.
- Frézování ve 3 osách: Nástroj se může pohybovat ve třech osách ve směru X (vlevo nebo vpravo), Y (vpřed nebo vzad) a Z (nahoru nebo dolů). Tento typ frézování je standardní pro méně složité díly.
- 5osé frézování: Na 3 již popsaných osách a 2 dalších, které jsou rovněž popsané ve směrech X a Y, má stroj osu otáčení nebo naklápěcí mechanismus buď na řezném nástroji, nebo na stole stroje. Tato konfigurace umožňuje fréze přistupovat k dílu téměř z jakéhokoli směru a je důvodem, proč se vyrábějí složité geometrie, jako jsou lopatky turbín a složité lékařské implantáty.
Proces CNC frézování
U CNC frézování proces nejprve zahrnuje kus surového materiálu, označovaný jako polotovar, který je upevněn ke stolu stroje pomocí svěráku, jako na obrázku vpravo nahoře. V základní tříosé frézce je materiál pevně držen na místě, podobně jako u soustruhu.
Dále se válcová fréza, která v podstatě připomíná vrtačku, ale dokáže řezat do strany, otáčí vysokými rychlostmi ve vřetenu stroje. CNC počítač poté nasměruje vřeteno na zadané souřadnice. Během otáčení nástroje tlačí na materiál. Nástroj poté část materiálu odstřihne.
Tento proces se také liší tím, že je přerušovaný. Nástroj je konstruován s více řeznými hranami a každá hrana drážky může řezat, ale musí vycházet z obrobku, aby se uvolnilo místo pro vřeteno, které se na obrobku vystředí. U soustruhu je proces jedním nepřetržitým řezem, což je s tímto nástrojem nemožné.
Typy CNC frézovacích operací
Stejně jako soustružení, i frézování popisuje řadu specifických operací, které lze provést k dosažení specifických vlastností dílu.
- Čelní frézování: Existují čelní frézy s velkým průměrem, které se otáčejí v ose kolmé k povrchu obrobku. Primárním účelem je zarovnat horní plochu dílu a dosáhnout hladkého povrchu.
- Frézování desek: Tento typ frézování má frézu rovnoběžnou s obrobkem. Používá se pro rychlé odebírání velkých objemů materiálu.
- Úhlové frézování: Nástroj vytváří zkosení, drážky nebo rybinové spoje pod určitým úhlem k obrobku.
- Tvarové frézování: Používá speciální frézu, která má pozitivní tvar požadovaného tvaru (např. kladný poloměr zakřivení), k řezání různých tvarů v jednom průchodu.
- Frézování obkročmo: dva nebo více fréz je namontováno na stejném trnu pro současné obrábění dvou rovnoběžných povrchů.
- Skupinové frézování: Toto je podobné obkročkovému frézování, ale s více frézami, které provádějí několik různých operací současně.
Materiály kompatibilní s CNC frézováním
Materiály, které mohou frézky a soustruhy používat, jsou v podstatě stejné. Protože obrobky jsou stacionární, je bezpečnější a snazší frézovat velké, nepraktické nebo těžké předměty, jejichž otáčení na soustruhu by bylo příliš nebezpečné.
- Kovy: Ocel a její slitiny, nástrojová ocel, hliník, mosaz, měď, titan a Inconel.
- Plasty: Delrin, nylon, HDPE, UHMW a PVC.
- Kompozity: Uhlíková vlákna a sklolaminát, i když jsou abrazivní a pravděpodobně by vyžadovaly speciální nástroje.
Výhody a nevýhody frézování
Výhody:
Všestrannost: Schopnost vytvořit jakýkoli tvar.
Víceúčelové funkce: Jedno nastavení zvládne širokou škálu různých úkolů. Vrtání, vyvrtávání a řezání závitů.
Škálovatelnost: Umožňuje vytvářet spoustu duplikátů a snadno přecházet na tvorbu něčeho nového.
Nevýhody:
Cena: Jejich provoz a pořízení jsou drahé, zejména pětiosé stroje. Jejich programování je také dražší než soustruhy.
Odpad: Mlýny často produkují velké množství drahého materiálového odpadu ve formě šrotu.
Stopy po nástrojích: Řezy mohou být velmi znatelné a k vyhlazení povrchu může být nutné další opracování.
Klíčové rozdíly: CNC soustružení vs. CNC frézování
Obě jsou formy subtraktivní CNC výroby, ale mezi soustružením a frézováním existují rozdíly. Znalost těchto rozdílů může pomoci zvýšit efektivitu vaší výrobní linky.
1.Hnutí
Hlavní rozdíl spočívá v tom, který prvek frézky se pohybuje.
-Soustružení znamená, že se součást otáčí a obráběcí stroj stojí v klidu.
-Frézování znamená, že součást stojí v klidu a stroj otáčí nástroj.
Tento rozdíl sám o sobě stačí k tomu, aby se změnila produkce obchodu.
2. Nástroje
-Soustružení používá řezné nástroje s jedním hrotem. Mějte na paměti, že s materiálem se dotýká pouze jeden naostřený hrot nástroje. Takto lze dosáhnout hladkých a plynulých řezů.
-Frézování používá vícebřité řezné nástroje. Příkladem jsou stopkové frézy a čelní frézy, které mají obě řezné hrany podél drážky nástroje. Takto lze odebírat velké objemy neválcového materiálu.
3. Tvary součástí
-Soustružení je možné pouze pro díly s rotačně symetrií, tedy válce, trubky a koule. Pokud oba díly mají shodné průřezy, které jsou stejné bez ohledu na to, kde se nacházejí podél osy otáčení, pak jsou připraveny k soustružení.
-Frézování je opak. To zahrnuje 3D bloky, desky a další složité asymetrické tvary. Pokud má součást mnoho 2D prvků, jako jsou ploché plochy a různé řezy, pravděpodobně je určena k frézování.
4. Tvorba třísek
-Soustružení vytváří souvislé, dlouhé a vláknité třísky. To je důsledek neustálého záběru nástroje. Tyto třísky se často mohou namotávat kolem nástroje, což je jev, který se nazývá „ptačí hnízdění“.
-Frézování: V důsledku přerušovaného řezu vznikají krátké, lámané třísky. Ty se snáze odvádějí z řezné zóny.
Výběr správného postupu pro váš projekt
Volba mezi CNC frézováním a CNC soustružením není vždy jednoduché binární rozhodnutí. Většina moderních strojů jsou centra typu „frézovací-soustružnické“, která v sobě spojují obě funkce. Jsou schopna otáčet dílem pro soustružnické operace a zároveň používat otočné držáky nástrojů k frézování rovných povrchů nebo vrtání otvorů na boku.
Pokud se však musíte rozhodnout o primárním procesu, měli byste mít na paměti následující faktory:
Tvar součásti
Zvažte design. Je kruhový nebo kulatý? Má tvar šroubu, svorníku nebo pístu? Pokud ano, měli byste začít soustružením. Pokud je díl čtvercový, obdélníkový nebo asymetrický, jako jsou konzoly, rozdělovače nebo zakázkové kryty, měli byste začít frézováním.
Objem výroby
Při víceméně stejném objemu výroby je soustružení rychlejší a levnější pro velkoobjemovou výrobu, která zahrnuje i válcové díly. Švýcarský soustruh je typ soustružnického centra, které vyrobí tisíce přesných dílů za hodinu a je velmi specializované. Frézování bývá pomalejší, i když se jedná o velkoobjemovou výrobu, je nezbytné pro složitější geometrii.
Finanční zdroje
3, 4 nebo 5osé frézky jsou z hlediska nastavení a programování dražší než soustružnická centra. Pokud navrhnete díl tak, aby se soustružil, nikoli frézoval, pravděpodobně ušetříte na výrobních nákladech.
Závěr
Díky těmto znalostem o CNC výrobě budete moci navrhovat s větší efektivitou. Můžete přizpůsobit své díly specifickému obráběcímu procesu, který bude použit k eliminaci zbytečné výroby, zvýšení rychlosti výroby a snížení nákladů. Znalost rozdílů mezi rotační přesností soustruhu a obecnou konturovací schopností frézky vám umožní vybrat vhodný obráběcí nástroj pro váš úkol.
Pokud si stále nejste jisti, který proces je pro váš prototyp ideální, můžete přestat přemýšlet a jednat. Kontaktujte náš zkušený tým, který vám poradí s návrhem pro výrobu, nebo si vyžádejte cenovou nabídku zasláním svých CAD souborů.
Často kladené dotazy
Q: Existuje interpolační soustružení s frézou?
A: Ano, existuje metoda zvaná interpolační soustružení, kde fréza dokáže napodobit soustruh, i když výrazně pomalejším tempem a s menší přesností.
Q: Stojí CNC soustružení méně?
A: Obecně ne. Pro většinu dílů (válcových), které jsou vhodné v rámci daného rozpočtu, je soustružení efektivnější a levnější. Frézování se používá pro díly, které nelze soustružit.
Q: Co je to soustružnicko-frézovací stroj?
A: Hybridní obráběcí centrum schopné provádět soustružnické a frézovací operace v jednom nastavení. Obrobek se pro soustružení otáčí a stroj má také zásobní rotační nástroje pro vrtání nebo frézování prvků bez nutnosti přenášet obrobek na jiný stroj.
Q: Který proces má nejlepší výsledek?
A: Soustružení má lepší povrchovou úpravu válcových součástí, protože řez je plynulý. Frézování zanechává stopy po nástroji tam, kde se fréza neustále otáčí.
