Beskrivning
CNC-fräsning är en av de mest använda CNC-bearbetningsoperationerna för tillverkning. Alla CNC-processer delar vissa likheter, såsom automatisering genom datorkoder och program, vilket säkerställer hög precision. CNC-fräsning är distinkt och mycket mångsidig, vilket gör den till en stöttepelare i olika industrier.
Den här artikeln är en omfattande guide till CNC-fräsning. Den omfattar allt du behöver veta om processen, dess möjligheter, fördelar, begränsningar och tillämpningar, vilket kan visa sig vara avgörande innan du väljer det för ditt nästa tillverkningsprojekt.
Vad är CNC-fräsning?
CNC-fräsning är en automatiserad process som använder en serie roterande skärverktyg för att ta bort komponenter i ett arbetsstycke. Som namnet på processen antyder använder operationen datorstyrda maskiner för att utöva exakta rörelser av skärarna, vilket säkerställer dimensionell noggrannhet.
Processen är mycket mångsidig, lämplig för olika operationer, utför olika fräsoperationer, skapar underskärningar, fickor, inre kanaler och andra intrikata funktioner. CNC-fräsning erbjuder många fördelar.
Hur fungerar CNC-fräsning?
CNC-fräsning är en av de mest använda CNC-bearbetningsteknikerna. Även om fräsning, borrning och svarvning är alla aspekter av CNC-bearbetning, finns det intrikata skillnader mellan varje process. Som sagt, detta avsnitt kommer att diskutera exakt hur CNC-fräsning fungerar.
Förberedelse av CAD-filer
Alla CNC-bearbetningsoperationer börjar med att skapa den datorstödda designen (CAD) som fungerar som 2D- eller 3D-formatet för den avsedda produkten. Att förbereda en CAD-fil för CNC-fräsning innebär att man använder programvara som SolidWorks eller Autodesk. Denna CAD-fil fungerar som okie-utskriften för hela fräsningsprocessen, med specifikationer som indikerar delens form, dimensioner, geometri, tolerans, ytbehandling och andra intrikata funktioner.
Exportera design till CNC-kompatibelt format
När du har skapat CAD-filen måste du konvertera den till vad CNC-enheten kan förstå med hjälp av lämplig datorstödd tillverkning (CAM) programvara. Denna programvara, som Convert.emachineshop.com och cad-exchanger, översätter designen till maskinläsbara koder (ofta G- eller M-koder); detta inkluderar verktygsbanan och rörelsen, skärsekvensen, matningshastigheten och andra intrikata parametrar i fräsprocessen.
Maskininställning
Efter att ha ändrat CAD-filerna till maskinläsbara format som STL och STEP är CNC-maskinen redo för verklig fräsning. Sedan bekräftar maskinisten eller operatören lämplig CNC-fräsmaskininställning. Detta inkluderar att säkra arbetsstycket i maskinen, ladda rätt skärverktyg och ställa in koordinater för exakt positionering.
Fräsning
Efter bekräftelse av den korrekta maskininställningen kan själva fräsprocessen påbörjas. Maskinen måste fästa fräsen på spindeln och ställa in enheten för att kickstarta fräsningen. Fräsarna kommer att röra sig längs specifika banor som anges av koderna, skära och ta bort materialbitar från arbetsstycket på ett kontrollerat och specificerat sätt.
Typer av CNC-fräsningsoperationer
CNC-fräsning involverar en serie olika skäroperationer, var och en specifik för olika bearbetningsändamål. Nedan finns en kortfattad men detaljerad översikt över CNC-frästyper.
Ansiktsfräsning
Som en typ av CNC-fräsning är planfräsning när skärverktyget – vanligtvis en planfräs – rotationsaxeln är rätvinklig mot arbetsstyckets yta. Skärverktygen har skärtänder vid verktygets yta och periferi. Medan de perifera tänderna är ansvarig för själva skäroperationen, hjälper ansiktständerna till efterbehandlingen. Därför tenderar planfrästa delar att ha högkvalitativ, exakt och slät ytbehandling.
Planfräsning är vanligtvis för att skapa plana ytor och konturer på redan bearbetade delar; jämfört med andra fräsoperationer fungerar den också som en typ av ytbehandling. Denna CNC-fräsning kan innefatta olika typer, såsom sidfräsning och ändfräsning i CNC-fräsning.
Ändfräsning
Pinnfräsning använder specifika fräsar, kallade pinnfräsar, för att ta bort material från ett arbetsstycke, vilket skapar axiella skärningar. Fräsarna finns i olika utföranden, såsom ändfräsar med fyrkant, kulände och plana ytor. Ändfräsning är till för att skapa plana ytor, konturer och slitsar.
Sidofräsning
Som namnet antyder innebär sidfräsning att skära längs sidorna av ett arbetsstycke. När sidfräsarna skär igenom materialgliderna skapar det någon form av sidorörelse. Denna fräsprocess är lämplig för att skapa plana vertikala och vinklade ytor, omforma sidorna på en del eller ta bort extra material från arbetsstyckets kanter.
Antingen vertikala eller horisontella CNC-fräsmaskiner kan utföra alla typer av planfräsoperationer.
Vanlig fräsning
I denna fräsoperation är rotationsaxeln för skärverktyget parallell med arbetsstyckets yta. Eftersom planfräsning vanligtvis används för vanliga horisontella ytor, kallas det ibland yt- eller plattfräsning. Liksom andra fräsoperationer använder den specifika fräsar – vanliga fräsar – med skärtänderna dominerande vid periferin som skär genom arbetsstycket.
Vanlig fräsning kan använda smala eller breda fräsar för att skapa vertikala, tvärgående eller längsgående skärningar, beroende på frässpecifikationer eller tillämpningar. Till exempel är smala fräsar skräddarsydda för bredare snitt, medan de bredare är för att skära genom större ytor. Slätfräsning är en mångsidig operation som är lämplig för att skapa plana ytor, kilspår eller slitsar.
Formfräsning
Formfräsning är den vanligaste fräsningsoperationen för att skapa komplexa, oregelbundna former, konturer och konturer på ett arbetsstycke. Processen använder formade fräsar eller flugfräsar som är specifika för denna operation för att skapa dessa konturer på delar med krökta och plana ytor eller helt krökta ytor – antingen i konkav eller konvex orientering.
Denna operation skapar halvcirkulära eller halvsfäriska håligheter, pärlor och konturer, inklusive intrikata mönster och anpassade funktioner. Men på grund av komplexiteten och ytkrökningen är denna operation något långsammare än vanliga fräsoperationer, upp till 30 procent.
Vinkelfräsning
Som namnet antyder innebär vinkelfräsning fräsoperationer där skäreggen på fräsen placeras i en vinkel mot arbetsstyckets yta. Det är ganska likt vanlig fräsning, med den huvudsakliga skillnaden är den vinkelmässiga inställningen av skäraxeln.
Vinkelfräsning använder envinkelfräsar för att skapa vinkeldetaljer som tandningar, fasar, fasar och dunkar. Dessa fräsar har vinklade skäreggar, vilket gör dem lämpliga för bearbetningsvinklar i 45, 50, 55 eller 60 grader, till exempel vid tillverkning av laxstjärtar. Det finns också dubbla vinkelfräsar, som vanligtvis har V-formade tänder och är bäst lämpade för fräsning av plana ytor i vinklarna 90, 60 och 45 grader.
Andra typer
Förutom de mer dominerande typerna av CNC-fräsoperationer, nedan är några andra typer.
Perifer fräsning
Periferisk fräsning liknar vanlig fräsning, med dess skäraxel typiskt parallell med arbetsstycket. Det innebär att skära längs ytterkanten – periferin – av ett arbetsstycke. Denna frästeknik är lämplig för detaljer som kräver ömtåliga detaljer vid kanterna och för att skapa profiler, konturer och spår.
Spårfräsning
Spårfräsning kallas även spårfräsning, med båda namnen som beskriver tekniken. Den används uttryckligen för att skapa slitsar och spår i ett arbetsstycke. Operationen är mycket mångsidig och används för att skapa T-spår och kilspår.
Trådfräsning
Återigen, som namnet antyder, är gängfräsning specifik för att skapa gängade egenskaper på ett arbetsstycke genom rotationsrörelsen hos skärverktyget. Oavsett om det är invändigt eller utvändigt, skapar tekniken exakta och exakta gängegenskaper i ett arbetsstycke.
Fickfräsning
Fickfräsning skapar slutna fickor eller urtag, som underskärningar i ett arbetsstycke. Tekniken är specifik för att skapa inre känsliga funktioner som fickor för lager.
Materialval för CNC-fräsning
CNC-fräsning är kompatibel med olika materialtyper. Detta avsnitt kommer att diskutera materialval för CNC-fräsning i två kategorier.
Faktorer som avgör val av material för CNC-fräsning
Innan du väljer material finns det viktiga faktorer som du måste överväga. De hjälper till att bestämma materialets lämplighet för ett specifikt fräsprojekt.
Nedan är några av de kritiska faktorer som kräver sådana överväganden.
- Delars tolerans: Toleransvärdet för ett material påverkar den slutliga produktens dimensionella noggrannhet. När du tillverkar delar med snäva toleransspecifikationer måste du därför ta hänsyn till delarnas tolerans för att säkerställa att din slutprodukt passar den avsedda användningen.
- Pris: Materialkostnad är en annan kritisk faktor, med vissa material som är ganska dyra. Att balansera materialkostnader med önskad egendom och att ta hänsyn till din budget är mycket viktigt.
- Delens funktion: Tillverkningens avsedda funktion spelar också en avgörande roll vid materialval. Till exempel inom flygindustrin är aluminium eller titan de bästa materialen för applikationer som kräver stor styrka och är lätta. Men om hållfasthet är det avgörande kriteriet kan rostfritt stål vara ett lämpligare material.
- Belastning: Återigen, olika material har varierande spännings- och utmattningsmotstånd. Därför, beroende på projektets krav, är materialets draghållfasthet en avgörande faktor för att förhindra deformation eller till och med tillverkningsfel.
Exempel på material för CNC-fräsning
En av de främsta fördelarna med CNC-operationer, inklusive CNC-fräsning, är dess kompatibilitet med ett stort urval av material. Nedan finns typiska material som passar CNC-fräsning.
- Metaller och legeringar: Detta inkluderar lätta och högdensitetsmetaller och legeringar. Exempel på metaller för CNC-fräsning inkluderar aluminium, stål, rostfritt stål, titan, mässing och koppar.
- Plast: CNC-fräsning är kompatibel med olika plaster och hartser, särskilt polymerer av teknisk kvalitet. Exempel inkluderar akryl, nylon, polyeten, polypropen, PVC, etc.
- Övrigt: Detta inkluderar andra typer av material förutom metaller och plaster. Material som kompositer, trä och ibland keramik används för CNC-fräsning.
Fördelar med CNC-fräsning
CNC-fräsning är mångsidig, vilket gör det till en av de mest föredragna metoderna i olika branscher. Nedan är några av dess främsta fördelar.
Hög precision och dimensionsnoggrannhet
Som alla CNC-operationer är CNC-fräsning en högprecisionsoperation, eftersom den skapar delar med oklanderlig precision och dimensionsnoggrannhet. Eftersom det är en datorstyrd process, finns det lite mänsklig störning. Därför finns det minimala risker för fel, som vid manuell bearbetning. Detta gör den till en lämplig teknik för delar och komponenter med snäva toleransspecifikationer på upp till ±0.001 tum; i själva verket kan vissa maskiner uppnå ±0.0005 tum.
Kompatibilitet med stora materialalternativ
CNC-fräsning är kompatibel med många olika materialalternativ. Vi har redan diskuterat några materialval som är tillgängliga för CNC-maskinister under tillverkning av delar. Enheten kan bearbeta arbetsstycken gjorda av olika material, inklusive plast, metaller, legeringar, kompositer och även trä och ibland keramik.
Snabbt och effektivt
Eftersom CNC-fräsningen är datorstyrd är det en mycket effektiv metod. Efter att ha installerat den datorstödda designen och kodat maskinen kan den utföra sina operationer självständigt. Den höga automationsnivån och repeterbarheten för CNC-fräsning hjälper till att minska ledtiderna, eftersom enheten kan arbeta 24/7 vid behov, vilket ytterligare ökar produktionshastigheten. Därför har du större chans att hålla snäva deadlines.
Lämplig för komplexa geometrier
Oavsett designbegränsningar och geometrisk komplexitet är CNC-fräsoperationer lämpliga. Förutsatt att instruktionerna och koderna som styr enhetens drift är korrekt optimerade, säkerställer den exakt kontroll av fräsens verktygsbana och djup för hög noggrannhet. I allmänhet är CNC-fräsningsprocesser de viktigaste bearbetningsoperationerna för att skapa intrikata funktioner, inklusive fickor, underskärningar och konturer.
Begränsningar för CNC-fräsning
Även med dess många fördelar har CNC-fräsning fortfarande vissa begränsningar. Att förstå bristerna är avgörande för att säkerställa att dina CNC-fräsprojekt uppnår alla avsedda specifikationer.
Höga initiala kostnader
I allmänhet är alla CNC-maskiner, inklusive CNC-fräsutrustning och programvara, dyra. Därför är den initiala CNC-fräsmaskinen vanligtvis kostnadskrävande, vilket ofta är en begränsning, särskilt för nystartade företag och småskaliga företag. Men eftersom dessa maskiner och deras andra komponenter är mycket hållbara, kan den långsiktiga fördelen med att skaffa enheten uppväga dess initiala kostnad.
Verktygsslitage
Verktygsslitage är mer eller mindre en konstant vid CNC-fräsning. Den konstanta kontakten mellan skärverktyget och arbetsstycket sliter gradvis på skärarna. Andra faktorer, såsom materialets hårdhet och ökade skärhastigheter, kan öka verktygsslitaget. När detta händer kräver verktygen byte eller periodisk slipning, vilket ökar underhållskostnaderna.
Kräver expertis
CNC-fräsmaskiner kräver experter och operatörer för att säkerställa optimal bearbetning. Enheten kräver korrekt kodning och programmering, vilket ofta kräver att maskinisterna har en god förståelse för programmeringsspråk. Även andra aspekter såsom val av verktyg, bearbetningsteknik, maskin- och arbetsstyckeinställning, felsökning och problemdiagnos kräver alla tjänster från experter.
Tillämpningar av CNC-fräsningsoperationer
CNC-fräsning är utan tvekan den mest använda tekniken för precisionsbearbetning på grund av dess omfattande tillämpningar i olika industrier. Nedan följer några:
- rymd~~POS=TRUNC: Flygplansdelar, strukturella element, motorkomponenter och andra specialiserade delar med snäva tolerans- och kvalitetsstandarder och strikta säkerhetsåtgärder.
- Lantbruk: Delar till stora jordbruksmaskiner, bevattningssystem och specialiserade verktyg
- Bilindustrin: Motordelar, chassikomponenter, transmissions- och växlingssystem, bilinteriör- och exteriördelar.
- Elektronik: Elektroniska höljen och kapslingar, kylflänsar
- Energi och förnybar energi: Generatordelar, turbiner, solpanelkomponenter och förnybara energisystem
- Allmän tillverkning och specialtillverkning av delar: Skapande av anpassade delar, formar, verktyg, maskindelar och anpassade fordonskomponenter
- Medicinsk Industri: Kirurgiska instrument och implantat, proteser, ortopedisk utrustning, tandverktyg och andra funktioner med strikta säkerhets- och kvalitetsspecifikationer
Faktorer som bestämmer kostnaden för CNC-fräsning
Olika faktorer kan påverka den totala kostnaden för CNC-fräsning. Nedan följer en kort översikt över några av dem.
Designkomplexitet
Designens komplexitet spelar en avgörande roll för den totala kostnaden för CNC-frästjänster. Delar med mer invecklade och känsliga designers tenderar att kräva speciella skärverktyg, ökade kompetensnivåer och längre ledtider, vilket resulterar i ökade kostnader. Faktum är att vissa komplexa geometrier, särskilt de med extra funktioner som underskärningar, kräver fleraxlig bearbetning, vilket är ännu dyrare än konventionella CNC-maskiner.
Typer av CNC-fräsmaskiner
Valet av CNC-fräsmaskin spelar också en avgörande roll för CNC-fräskostnaderna. Om en design kräver mer sofistikerade CNC-enheter, eller säg, en kund frågade specifikt efter avancerade CNC-maskiner – de fleraxliga maskinerna – måste de betala mer. Dessa maskiner erbjuder faktiskt utökade möjligheter och säkerställer optimal tillverkning, oavsett komplexiteten. Men de drar också till sig mer kostnader.
Val av material
Det valda materialet för CNC-fräsändamål påverkar också de totala kostnaderna. Material påverkar kostnaderna på två sätt: för det första den faktiska materialkostnaden. Vissa material som järn, aluminium och stål är relativt billiga, medan titan och nickelbaserade legeringar är dyra. Det andra sättet att materialvalet påverkar kostnaderna är den enkla bearbetningen. Material som titan är utmanande att bearbeta och kan resultera i längre produktionstider, ökat verktygsslitage och underhållskrav, vilket resulterar i ökade CNC-fräsningskostnader.
Produktionsvolym
Produktionsvolymen påverkar också CNC-fräsningskostnaderna. Även om du förväntar dig att lågvolymproduktion är billigare än högvolym, är det inte så direkt, särskilt när man diskuterar kostnaden per del. CNC-bearbetning är dyrt, men det är kostnadseffektivt för bulktillverkning.
Detta beror på att kostnaden för att tillverka ett fåtal produkter och stora produkter delar likheter i kostnadsfaktorerna, inklusive kodning, verktyg, installationskostnader, verktygsbyte, etc. Därför, förutom att köpa mer material i bulkproduktion, är andra integrerade aspekter av projektet därför delas över den totala tillverkningen, vilket resulterar i minskade kostnader per del.
Val av ytbehandling
Även om CNC-bearbetning ger delar med hög precision och noggrannhet, som kräver liten eller ingen ytbehandling, kan du fortfarande välja att engagera dig i dessa operationer för att förbättra detaljen ytterligare. Den valda efterbehandlingen och efterbehandlingen påverkar dock de totala kostnaderna. Därför, om du har en strikt budget, överväg en mindre kostnadskrävande ytfinish för din del eller lämna den som bearbetad.
Framtida trender inom CNC-fräsningstjänster
Med oavbrutna tekniska framsteg fortsätter CNC-fräsning att se förbättringar för att möta moderna och futuristiska tillverkningskrav. Det här avsnittet kommer att diskutera de framträdande trenderna som omfattar framtiden för CNC-frästjänster.
Automatisering av fräsprocesser
CNC-automation är en integrerad del av CNC-fräsning. Förutom driftkoderna för dessa enheter kan integrering av robotsystem i CNC-maskiner ytterligare minska mänsklig interferens och öka precisionen. Tillverkare och OEM-tillverkare kan använda robotar för att utföra enkla uppgifter som verktygsbyte, materialhantering, lastning och lossning av arbetsstycken och till och med kvalitetsanalys. Att automatisera dessa processer hjälper till att förbättra repeterbarheten och effektiviteten för CNC-operationer.
Maskininlärning (ML) och användning av artificiell intelligens (AI)
Maskininlärning och AI gör redan framsteg inom CNC-fräsning. Kodare och mjukvaruingenjörer kan använda denna teknik för att utrusta CNC-enheter med inlärningsförmåga, vilket ytterligare optimerar bearbetningsoperationer.
Att integrera ML- och AI-algoritmer kan hjälpa till att förutsäga verktygsslitage, en gynnsam väg, förutsäga och förhindra bearbetningsdefekter, minimera avfall och modifiera skärparametrar i realtid. Detta kan också inkludera funktioner som egenkontroll, schemaläggning av underhåll och diagnostisering av sig själv i händelse av ett fel. Dessa egenskaper resulterar i ökad verktygslivslängd och total maskineffektivitet.
Slutsats
CNC-fräsning är en populär tillverkningsteknik för olika industriella applikationer. Metoden erbjuder enorma möjligheter, allt från enkel tillverkning till tillverkning av sofistikerade komponenter med intrikata designegenskaper.
Även med den ständigt dynamiska tillverkningsvärlden har CNC-fräsning vägrat att sluta utvecklas, vilket säkerställer att det kommer att förbli en stöttepelare i flera år.
Zintilons anpassade CNC-fräsningstjänster
När du läser den här artikeln så här långt har du förmodligen en detaljerad förståelse för CNC-fräsning. Du behöver dock fortfarande samarbeta med en tjänst, eftersom det är kostnadskrävande att anskaffa maskinerna för ditt projekt, särskilt om det bara är för småskalig eller engångstillverkning av specialdelar.
Zintillon är expert på att erbjuda högkvalitativa CNC-frästjänster. Oavsett om det är enkla delar eller komplicerad tillverkning av delar med snäva toleransspecifikationer, följer vi dina krav.
Vår anläggning har mycket skickliga operatörer och den nödvändiga utrustningen för att ge liv åt ditt drömprojekt. Förutom CNC-fräsning erbjuder vi andra CNC-bearbetningsoperationer – svarvning, borrning, etc., inklusive relaterad teknologi som EDM, plåttillverkning och pressgjutning.
Vanliga frågor
Skiljer sig CNC-fräsning från CNC-bearbetning?
CNC-fräsning är en delmängd av CNC-bearbetningsoperationer. CNC-fräsning är faktiskt enorm; det innebär att man uttryckligen använder roterande skärare för att omforma ett material. Å andra sidan inkluderar CNC-bearbetning olika processer, inklusive fräsning, borrning, svarvning, borrning och routing, bland annat.
Varför är fräsning bättre än svarvning?
Fräsning erbjuder ett bredare utbud av applikationer. Den är lämplig för att skapa platta och komplexa former, inklusive konturer, urtag, underskärningar och andra intrikata detaljer. Å andra sidan är svarvning att föredra för cylindriska strukturer.
Vad är skillnaden mellan manuell fräsning och CNC-fräsning?
Manuell fräsning kräver att mänskliga operatörer kontrollerar maskinens funktioner, medan CNC-fräsning är automatiserad och styrd av datorprogram och koder. Därför kan CNC-fräsning skapa komplexa delar och erbjuder precision och repeterbarhet utöver manuell fräsning.
Vad är skillnaden mellan CNC-fräsning och CNC-svarvning?
Vid CNC-fräsning tar roterande skärverktyg bort delar av ett arbetsstycke, medan vid CNC-svarvning är fräsarna stationära, med arbetsstycket som roterar när bitar flisas av. Även om båda subtraktiva tillverkningsprocesser kan verka lika, tjänar de olika syften. Svarvning är mer specifik för cylindriska komponenter, medan fräsning har fler omfattande tillämpningar, allt från platta till komplexa strukturer.
Bra, tillsammans
