Introduzione alla lavorazione CNC

La lavorazione CNC è ampiamente applicata per il processo di produzione sottrattivo. Nella lavorazione CNC, le materie prime vengono rimosse dalle scorte di materiali solidi da vari utensili da taglio, al fine di creare parti finali con geometrie progettate in file CAD. Questi materiali CNC includono sia metalli che plastica. La lavorazione CNC può produrre parti finali con elevata tolleranza e proprietà eccellenti, particolarmente adatte per l'uso una tantum e la produzione di volume medio-basso con elevata ripetibilità. Rispetto alla stampa 3D, la lavorazione CNC presenta ancora alcune restrizioni naturali a causa del suo metodo sottrattivo.

Metodo di lavorazione CNC

Esistono due metodi principali di lavorazione CNC, fresatura CNC e tornitura CNC, ogni metodo presenta vantaggi per diverse geometrie di produzione con caratteristiche uniche. Altri metodi di lavorazione come la lavorazione a 5 assi, la lavorazione a 3 assi possono essere definiti come combinazioni di questi metodi di base.

Processo di fresatura CNC

Fresatura CNCcome l'architettura della macchina CNC più popolare, sono normalmente sinonimo di lavorazione CNC. Nel processo di fresatura CNC, i blocchi di metallo grezzo sono montati sul basamento delle macchine CNC e gli strumenti di taglio rotativo rimuovono i materiali non necessari per le geometrie finali. Processo di fresatura CNC di base come segue:

  1. L'operatore delle macchine CNC trasferirà i disegni tecnici dei modelli CAD in una serie di comandi, che possono essere interpretati dalle macchine CNC (codice G).
  2. Blocchi di materiale o pezzi in lavorazione verranno posizionati sulla piattaforma e tagliati nella dimensione desiderata. Il posizionamento e l'allineamento precisi sono la chiave per una produzione accurata di parti CNC, quindi abbiamo bisogno di strumenti metrologici speciali come il tocco si dimostra per raggiungere questo scopo.
  3. Gli utensili da taglio specializzati con un'elevata velocità di migliaia di giri/min rimuoveranno i materiali nelle geometrie desiderate. Normalmente abbiamo bisogno di diversi passaggi per creare la parte progettata, in primo luogo, rimuovere rapidamente i materiali in blocchi dai blocchi per approssimare le geometrie con una precisione inferiore, quindi uno o più passaggi di finitura per produrre le parti finali.
  4. Una volta che modelli con caratteristiche complesse, che è difficile da raggiungere con una sola configurazione tagliando gli strumenti, come le fessure sul lato posteriore, dobbiamo capovolgere le parti e ripetere il passaggio precedente fino a quando le parti finali non vengono create come requisito.

Dopo il processo di fresatura, è necessaria la sbavatura per le finiture delle parti. La sbavatura è un processo manuale di rimozione di piccoli difetti sugli spigoli vivi. Se nel disegno tecnico è specificata una tolleranza maggiore, è necessario anche ispezionare le dimensioni critiche. Alla fine, le parti sono pronte per l'uso o la post-elaborazione.

La maggior parte dei sistemi di fresatura CNC ha normali 3 gradi lineari, assi X, Y e Z. Il sistema avanzato di 5 gradi aggiunge più rotazione sul letto o sulla testa dell'utensile come assi A e B. La lavorazione CNC a 5 assi è in grado di produrre parti geometriche complesse senza configurazioni multiple della macchina.

Processo di tornitura CNC

Tornitura CNCè un processo che applica utensili da taglio fissi per rimuovere i materiali dei blocchi sul mandrino rotante. Infine produrre parti con simmetria lungo l'asse centrale. Normalmente, i pezzi torniti possono essere prodotti più velocemente dei pezzi fresati a un costo inferiore. I passaggi principali della tornitura CNC come segue:

  1. Il codice G verrà generato dal modello CAD progettato, quindi selezionerà i materiali di riserva del cilindro di dimensioni adeguate del diametro e verrà caricato nella macchina CNC.
  2. Gli stock di materiale ruotano ad alta velocità e gli utensili da taglio fissi ne tracciano il lineamento, rimuovendo i materiali progressivamente fino alla geometria del progetto finale. Le caratteristiche dei fori sull'asse centrale possono essere realizzate con punte da centrare e utensili da taglio interni.
  3. Una volta che le parti complesse devono essere capovolte o spostate, ripetere il processo di taglio per creare le geometrie richieste finali. In caso contrario, le parti lavorate possono essere tagliate dal grezzo per l'utilizzo o la post-elaborazione.

Sistema di tornitura CNC chiamato anche torni, che viene applicato per la produzione di parti cilindriche. Inoltre, le parti non cilindriche possono essere prodotte anche da moderni centri di tornitura CNC multiasse CNC, che possono essere dotati di utensili di fresatura CNC. Questi sistemi combinano un'elevata produttività di tornitura CNC con capacità di fresatura CNC per creare un'ampia gamma di geometrie con simmetria rotazionale più libera, come alberi a camme e giranti di compressori.

Poiché il sistema di fresatura e tornitura CNC è sfocato, ci concentreremo sulla fresatura CNC perché è un processo di produzione più comune.

Parametri macchina CNC

Gli operatori delle macchine CNC determinano i parametri di lavorazione nel processo di generazione del codice G. Quali sono le normali dimensioni e precisione della build.

Le macchine CNC hanno grandi dimensioni costruttive, il sistema di fresatura CNC può produrre dimensioni fino a 2000 × 800 × 100 mm, il sistema di tornitura CNC può produrre diametri fino a 500 mm.

La lavorazione CNC può fornire parti lavorate con elevata precisione e stretta tolleranza. La nostra tolleranza standard è una precisione di ± 0,125 mm, una tolleranza stretta può raggiungere una precisione di ± 0,025 mm.

Parametri macchina CNC

Gli operatori delle macchine CNC determinano i parametri di lavorazione nel processo di generazione del codice G. Quali sono le normali dimensioni e precisione della build.

Le macchine CNC hanno grandi dimensioni costruttive, il sistema di fresatura CNC può produrre dimensioni fino a 2000 × 800 × 100 mm, il sistema di tornitura CNC può produrre diametri fino a 500 mm.

La lavorazione CNC può fornire parti lavorate con elevata precisione e stretta tolleranza. La nostra tolleranza standard è una precisione di ± 0,125 mm, una tolleranza stretta può raggiungere una precisione di ± 0,025 mm.

Utensili da taglio CNC

La macchina CNC utilizza vari strumenti di taglio per creare diverse geometrie, introdurremo lo strumento di lavorazione più comune nel CNC:

Strumenti di fresaturacompresi i normali 3 tipi: testa piatta, testa di toro e testa a sfera. Questi diversi utensili per frese vengono applicati per la produzione di scanalature, scanalature, cavità e altre pareti verticali con dettagli di caratteristiche differenti. Gli utensili con testa a sfera sono anche ampiamente utilizzati nella lavorazione CNC a 5 assi per creare superfici con geometrie di curvatura e libertà.

Trapanisono comunemente usati per produrre fori, per diametri non standard, la fresa a testa piana tuffante può essere applicata su percorso elicoidale.

Frese per scanalaturehanno un diametro dell'albero più piccolo rispetto al tagliente, questo consente alle frese per scanalature di creare scanalature a T e altri sottosquadri nel processo di rimozione dei materiali dai lati delle pareti verticali.

rubinettivengono applicati per la produzione di fori filettati, questo richiede un controllo preciso della velocità di rotazione e lineare. La maschiatura manuale è ancora ampiamente applicata in alcuni centri di lavorazione.

Frese a spianaresono strumenti altamente efficaci per la rimozione di materiali da grandi superfici piane. Possono lavorare aree più grandi con meno passate e meno tempo, in ragione del diametro maggiore rispetto ai normali utensili. La spianatura è spesso in fase di lavorazione del ciclo iniziale per preparare le dimensioni del blocco.

Complessità geometrica e restrizioni di progettazione

Sebbene la lavorazione CNC offra maggiore libertà di progettazione, a differenza della stampa 3D, ci sono ancoraalcune restrizioni, le parti con elevata complessità aumenteranno le fasi di produzione e il costo finale.

La principale restrizione nel CNC è la connessione ageometria degli utensili da taglio. Ad esempio, i bordi interni delle asole sono arrotondati, poiché gli utensili da taglio hanno profilo cilindrico.

Accesso allo strumentoè un'altra importante restrizione della lavorazione CNC, i materiali dei blocchi possono essere rimossi solo nell'area di portata degli utensili. Come nel sistema di macchine CNC a 3 assi, tutte le funzionalità devono essere progettate per accedere direttamente alla forma sopra la direzione. I sistemi di macchine CNC a 5 assi possono creare parti più complesse, poiché gli angoli tra le parti e gli strumenti possono essere regolati, al fine di entrare in aree difficili da raggiungere.

Le pareti sottili o le caratteristiche fini sono difficili da creare con le macchine CNC. Le pareti sottili sono soggette a rotture a causa delle vibrazioni e della forza di taglio durante il processo di lavorazione. Raccomandiamo che lo spessore minimo della parete sia di 0,8 mm per il metallo e 1,5 mm per la plastica.

Caratteristiche di lavorazione CNC

La lavorazione CNC è in grado di produrre parti con eccellenti proprietà del materiale in un'ampia area di materiali, compresi tutti i materiali di ingegneria. In contrasto con la stampa 3D, le parti lavorate a CNC hanno proprietà fisiche completamente isotropiche come materiali sfusi. La lavorazione CNC è ampiamente utilizzata con i metalli nella prototipazione e nella produzione di grandi volumi. La plastica è più difficile da produrre a causa della sua bassa rigidità e temperatura di fusione.

Materiali di lavorazione CNC

Materiali di lavorazione CNCil costo varia notevolmente, nei materiali metallici, l'alluminio 6061 è l'opzione più economica, mentre per la plastica, l'ABS ha il prezzo più basso. Inoltre, le proprietà fisiche dei materiali influiscono anche sul costo complessivo del CNC, poiché l'acciaio inossidabile in metallo duro è molto più difficile da lavorare rispetto all'alluminio.

MaterialeCaratteristiche
Alluminio 6061Buon rapporto forza-peso
Buona lavorabilità
Bassa durezza
Acciaio inossidabile 304Eccellenti proprietà meccaniche
Buona resistenza alla corrosione
Relativamente difficoltà di lavorazione
Ottone C360Elevata duttilità
Eccellente lavorabilità
Buona resistenza alla corrosione
ABSBuona resistenza agli urti
Buone proprietà meccaniche
Sensibile ai solventi
NylonBuone proprietà meccaniche
Elevata tenacità
Scarsa resistenza all'umidità
POMElevata rigidità
Eccellenti proprietà termiche ed elettriche
Relativo fragile

Post-elaborazione e finiture superficiali

Le parti lavorate a CNC hanno sempre lasciato segni visibili degli utensili, la post-elaborazione è un metodo efficace per migliorare le finiture superficiali, migliorare l'usura, la corrosione o la resistenza chimica e ottimizzare l'aspetto. I nostri principali metodi di post-elaborazione, tra cui anodizzazione, pallinatura e verniciatura a polvere.

Vantaggio della lavorazione CNC

  1. La lavorazione CNC offre un'elevata precisione e ripetibilità, ideale per applicazioni di fascia alta.
  2. I materiali CNC hanno proprietà fisiche completamente isotrope, adatte per applicazioni ingegneristiche.
  3. La lavorazione CNC è il metodo di produzione più efficace per la produzione di pezzi di volume medio-basso.

Limitazione della lavorazione CNC

  1. A causa del metodo sottrattivo, la lavorazione CNC è costosa o impossibile per la produzione di determinate geometrie.
  2. La lavorazione CNC ha costi di avviamento elevati rispetto alla stampa 3D, in particolare per la prototipazione a basso costo in materiali plastici.
  3. Le macchine CNC necessitano di conoscenze specialistiche per funzionare, hanno tempi di consegna più lunghi (10 giorni) rispetto alla stampa 3D (2-5 giorni).