Frezowanie CNC – Wszystko, co musisz o nim wiedzieć

Frezowanie metalu za pomocą urządzeń sterowanych numerycznie (CNC) jest obecnie standardowym procesem wytwarzania części na potrzeby firm z wielu gałęzi przemysłu, które oczekują wysokiej precyzji i powtarzalności. Ta forma obróbki skrawaniem łączy tradycyjne frezowanie z technologią komputerowego sterowania numerycznego, która pozwala na wytwarzanie w praktyce identycznych części w bardzo krótkim czasie.

Frezowanie CNC metalu i innych materiałów pozwala na formowanie skomplikowanych części z jednego bloku materiału, włączając w to wykonanie rowków, gwintów czy kół zębatych. Czym jest frezowanie CNC i w jaki sposób zrewolucjonizowało ono niemal każdy obszar produkcji?

Co to jest frezowanie CNC?

Frezowanie CNC (sterowane numerycznie, od ang. computerized numerical control) to jeden z rodzajów obróbki skrawaniem, pozwalający na szybkie formowanie płaskich i kształtowych powierzchni metalowych. Jest to metoda produkcji, która łączy tradycyjne sposoby obróbki metalu (usuwanie za pomocą ręcznie prowadzonego frezu nadmiaru materiału – frezowanie to metoda ubytkowa) z technologią sterowania numerycznego, dzięki której cały proces jest zautomatyzowany.

Jak wygląda samo frezowanie CNC?

Frez osadzony we wrzecionie (będącym częścią centrum frezarskiego) usuwa stopniowo wierzchnią warstwę półfabrykatu (nadmiar materiału), żeby uzyskać wymagany rozmiar i kształt. Ruchami głowicy frezującej steruje sterownik CNC, realizujący zadaną sekwencję ruchów w co najmniej jednej płaszczyźnie, z określonymi w programie parametrami (np. głębokość skrawania, prędkość ruchu obrotowego czy posuwu), dostosowanymi do parametrów obrabianego materiału oraz oczekiwanej jakości powierzchni.  

Dzięki zastosowaniu sterowania komputerowego (ruchami frezu sterują w wielu płaszczyznach siłowniki i przekaźniki) oraz możliwości zautomatyzowania procesu wprowadzania i wyprowadzania obrobionych elementów do przestrzeni roboczej frezarki CNC możliwa jest: 

• bardzo szybka i powtarzalna produkcja dużych ilości elementów (zwłaszcza w porównaniu do tradycyjnych metod wytwórczych),
• niższy koszt jednostkowy wytworzenia części – widoczny zwłaszcza przy większych projektach,
• zachowanie marginalnych tolerancji między częściami wykonanymi w jednej partii, a nawet między partiami,
• poprawa bezpieczeństwa pracy,
• zmniejszenie ryzyka błędu ludzkiego oraz liczby elementów odrzucanych w czasie kontroli jakości,
• optymalizacja wykorzystania zasobów ludzkich – jeden pracownik może nadzorować pracę większej liczby urządzeń CNC (w przypadku tradycyjnych frezarek – jedna osoba może pracować na jednym urządzeniu w określonych ramach czasowych).

Te cechy sprawiają, że usługa frezowania CNC jest niezbędna w zastosowaniach, w których niezbędna jest bardzo wysoka jakość produkcji, a dodatkowo ważne pozostaje utrzymanie powtarzalnych wymiarów wytworzonych elementów. Co istotne, tej formie skrawania poddawane są różnego rodzaju materiały, wśród których należy wymienić:

• frezowanie CNC metalu (np. bloków wykonanych ze stali, aluminium, mosiądzu, brązów czy tytanu),
• frezowanie CNC tworzyw sztucznych (np. bloków rożnego rodzaju polimerów),
• frezowanie CNC drewna,
• i wielu innych.

W praktyce jeśli jakiś materiał nadaje się do obróbki tradycyjną frezarką (jest „skrawalny”), może być również obrobiony przy pomocy frezarki CNC. Oczywiście każdy z tych materiałów wymaga innych parametrów frezowania, zastosowania innych narzędzi (np. frezów) czy technologii obróbki (np. dodatkowe odprowadzanie temperatury).Jednak są to kwestie, za które odpowiadają specjaliści zajmujący się wyceną czy realizacją projektów z zakresu frezowania CNC.

Jeśli potrzebujesz wyceny usługi frezowania CNC – skontaktuj się z RADMOT.

Frezowanie CNC – jak wygląda proces obróbki?

Proces frezowania CNC łączy tradycyjną obróbkę skrawaniem (usuwanie przy pomocy frezów nadmiaru materiału) ze sterowaniem komputerowym. W dużym skrócie frezowanie CNC jest realizowane w kilku krokach:  

1. należy wykonać projekt części w formie modelu trójwymiarowego (w oprogramowaniu CAD – computer assisted design – ang. projektowanie wspierane komputerowo) – czy to od początku, czy to na podstawie tradycyjnego rysunku technicznego. Jest to podstawa do dalszej pracy oraz bardzo istotna część zlecenia na obróbkę CNC,

2. na podstawie pliku CAD specjalista zajmujący się przygotowaniem pracy maszyn CNC tworzy program (projekt) w formie zrozumiałej dla urządzenia skrawającego (w tym przypadku – frezarki CNC) – odpowiednio sformatowany plik CAM (computer aided manufacturing, ang. produkcja wspierana komputerowo). Wykorzystuje do tego oprogramowanie kompatybilne z wykorzystywanymi urządzeniami (wykorzystujące G-code),

 Frezowanie CNC to zautomatyzowany proces, który nie wymaga bezpośredniego zaangażowania człowieka w ręczną obróbkę przedmiotów i części. Operator CNC obsługuje maszynę za pomocą interfejsu oprogramowania – wprowadza niezbędne dane, śledzi pracę frezarki i w razie konieczności edytuje wprowadzone parametry. Warto dodać, że po zakończeniu frezowania CNC części mogą być przekazane zleceniobiorcy lub poddane dodatkowym procesom, które mogą być skupione na:

• poprawie gładkości uzyskanej powierzchni (np. szlifowanie CNC lub elektropolerowanie),
• ulepszeniu parametrów mechanicznych powierzchni (szeroko pojęta galwanotechnika, np. anodowanie aluminium lub cynkowanie),
• poprawie walorów wizualnych lub odporności na czynniki zewnętrzne (np. malowanie proszkowe),
• przygotowaniu do dalszej obróbki – w przypadkach, w których frezowanie CNC jest tylko jednym z etapów produkcji (np. EDM).

 Sama obróbka CNC może być realizowana w wielu płaszczyznach, określanych jako „osie”.

Typowa produkcja oparta o frezarki CNC jest realizowana w 3 osiach (pozioma, pionowa, głębokość), jednak wiele branży wymaga bardziej złożonych procesów (np. automotive), w których wykorzystywane są wieloosiowe frezarki CNC (np. 5-osiowe).

Początki i rozwój frezowania CNC

Frezowanie CNC i technologia sterowania numerycznego ma swoje początki w latach 50. XX wieku. Powstała w odpowiedzi na zapotrzebowanie lotnictwa wojskowego USA w związku z rozwojem samolotów odrzutowych i koniecznością produkcji półfabrykatów o identycznych właściwościach. Produkcja miała być masowa, szybka i bez udziału człowieka, aby zminimalizować ryzyko błędów.

Pierwszą maszynę sterowaną numerycznie stworzyło Massachusetts Institute of Technology, ceniona uczelnia techniczna w USA. Pierwsza frezarka NC (numerically controlled – sterowana numerycznie) realizowała programy wprowadzane do komputera za pomocą kart perforowanych. Z czasem rozwój mikrokomputerów przyspieszył i zaczęły być one wykorzystywane również w obrabiarkach numerycznych (CNC, od ang. computer numerical control). Obecnie skrawarki CNC wykorzystywane są w praktyce w każdej branży produkcyjnej.

Rodzaje frezowania CNC

Istnieje kilka różnych typów frezowania CNC ze względu na typ frezarki oraz sposób pracy ostrzy.

Ze względu na rozmieszczenie ostrzy wyróżniamy:

• frezowanie walcowe (obwodowe), które wytwarza jednocześnie 2 płaszczyzny,
• frezowanie czołowe, podczas którego oś frezu jest położona prostopadle do powierzchni obrobionej,
• frezowanie skośne, podczas którego oś frezu w stosunku do powierzchni obrobionej tworzy różny kąt od 0-90°C.

Ze względu na konstrukcję frezarki wyróżniamy:

• frezowanie pełne (trzystronne) – powstają aż 3 powierzchnie obrobione,
• frezowanie niepełne (dwustronne) – powstają 2 powierzchnie obrobione,
• frezowanie swobodne (jednostronne) – powstaje 1 powierzchnia obrobiona.

Ze względu na ruch frezarki wyróżniamy:

• frezowanie współbieżne, gdzie krawędź tnąca posuwa się zgodnie z posuwem materiału,
• frezowanie przeciwbieżne, gdzie krawędź tnąca porusza się przeciwnie do posuwu materiału.
  

Jakie zalety ma frezowanie CNC?

Obecnie trudno wyobrazić sobie obróbkę metali bez technologii frezowania sterowanego komputerowo. Kluczowe zalety technologii frezowania CNC to:

Wysoka powtarzalność produkcji

Odpowiednio skalibrowane obrabiarki CNC umożliwiają produkcję części o w praktyce identycznych wymiarach, z zachowaniem bardzo wąskich tolerancji (poniżej 0,05 mm).Sprawia to, że części wytworzone przy pomocy tej technologii mogą być z łatwością wymieniane lub łączone w większe zespoły, a dodatkowo odrzuty na etapie kontroli jakości są zauważalnie mniejsze (przy odpowiedniej kalibracji obrabiarek).

Precyzja wykonania i trwałość produktów

Frezowanie CNC pozwala wykonać precyzyjne żłobienia, nawet w przypadku części o złożonej powierzchni. W połączeniu z powtarzalnością tej produkcji przekłada się to na większą niezawodność produktów i ich dłuższą żywotność.

Szybkość wytwarzania

Frezowanie CNC to w pełni zautomatyzowany proces, co przekłada się na znaczne przyspieszenie produkcji większych partii części. Należy jednak pamiętać, że przygotowanie procesu obróbki CNC jest bardziej czasochłonne niż stworzenie szablonów do pracy z tradycyjnymi frezarkami – dlatego ta technologia sprawdza się lepiej przy produkcji dużych partii części.

Bezpieczeństwo pracowników

Automatyzacja frezowania sprawia, że praca człowieka staje się nie tylko lżejsza, ale przed wszystkim bezpieczniejsza. Frezarki CNC nie wymagają stałego nadzoru, dzięki czemu jeden specjalista jest w stanie nadzorować procesy realizowane jednocześnie w wielu centrach skrawających.

Niższe koszty produkcji

Ze względu na zautomatyzowany charakter pracy i (w praktyce) możliwość produkcji przez całą dobę, obróbka CNC jest bardziej rentowna, zwłaszcza w przypadku większych partii części. Jednak te oszczędności mogą być widoczne dopiero przy wytwarzaniu większych partii części – do takiej produkcji została stworzona technologia CNC.

Jakie wyzwania stawia frezowanie CNC?

Frezowanie CNC, oprócz niewątpliwych zalet, to także nowe wyzwania dla branży usługowej. Obecnie obróbka metali wymaga wysokospecjalistycznej wiedzy, a sam proces produkcyjny to efekt skoordynowanej współpracy wielu działów, takich jak:

• kontrola jakości,
• nowoczesne systemy pomiarowe,
• utrzymanie ruchu i stosowanie metod zapobiegania wystąpieniu awarii,
• technologia projektowania procesów produkcyjnych.

Jednocześnie oczekiwania klientów usług obróbki metali wzrastają.

Wymusza to ciągłe rozwijanie parku maszynowego firm zajmujących się produkcją opartą o sterowanie numeryczne (jak RADMOT). Dodatkowo wprowadzenie sztucznej inteligencji w branży obróbki CNC otwiera nowe możliwości optymalizacji procesów produkcyjnych, obniżenia kosztów czy uzyskania jeszcze wyższej jakości produkcji.

Jakie branże wykorzystują frezowanie CNC?

Frezowanie CNC wspiera przede wszystkim sektory, które wymagają masowej produkcji przedmiotów spełniających wyśrubowane normy użyteczności (np. ekologiczne, bezpieczeństwa) czy wysokie wymagania wizualne. Obecnie z frezowania CNC korzystają branże takie jak:

• branża lotnicza – na której potrzeby powstały pierwsze obrabiarki CNC i która stale wykorzystuje ten proces produkcji (zarówno lotnictwo wojskowe, jak i cywilne),
• branża automotive – skrawanie CNC wykorzystane jest do produkcji części większości układów samochodów, od napędowego (np. bloki silników, tłoki), przez hamulcowy (np. tarcze, zaciski), aż do karoserii czy elementów wnętrza,
• branża energii odnawialnych – wykorzystuje obróbkę numeryczną do wytwarzania elementów paneli fotowoltaicznych czy wiatraków,
• branża energetyczna – masowa produkcja komponentów infrastruktury energetycznej byłaby trudniejsza bez skrawania numerycznego,
• branża medyczna – od przyrządów chirurgicznych, aż do zaawansowanych protez,
• branża wojskowa – powszechnie wykorzystuje skrawanie numeryczne do masowej produkcji części broni, pojazdów czy sprzętu wojskowego,
• szeroko pojęta branża AGD i RTV,
• branża elektroniczna,
• w praktyce każda branża, która potrzebuje precyzyjnego wytworzenia elementów w dużych ilościach.

Od czego zależy cena frezowania CNC?

O tym ile kosztuje frezowanie CNC decyduje wiele czynników, dlatego wycena każdego zlecenia powinna być realizowana indywidualnie. Nie istnieje sztywny cennik frezowania CNC – dlatego specjaliści RADMOT podchodzą do każdego zlecenia indywidualnie.

Ostateczna cena frezowania CNC zależy od wielu czynników:

• rodzaju obrabianego materiału,
• stopnia złożoności projektu,
• dostępności gotowych plików CAD/CAM,
• parametrów mechanicznych części,
• oczekiwanego czasu realizacji (zlecenia na cito są zazwyczaj droższe),
• parametrów technologicznych produkcji (np. długości linii frezowania),
• wielkości zamówienia (warto dodać, że minimalne zamówienie na frezowanie CNC, jakie przyjmujemy w RADMOT, to 100 części na partię; poniżej rentowność takiego projektu może nie być zadowalająca dla klienta),
• usług dodatkowych (np. mycia części lub poddania ich innym procesom galwanotechnicznym).

Dlatego w RADMOT wyceniamy współpracę dopiero, gdy poznamy oczekiwania klienta, żeby dać mu jasną i pewną odpowiedź.

Frezowanie CNC - zapraszamy do kontaktu

W RADMOT oferujemy zarówno usługi frezowania CNC, usługi toczenia CNC, jak i wiele usług dodatkowych – mycie, anodowanie, znakowanie laserowe i montaż.

Skontaktuj się z nami i powiedz, czego potrzebujesz. Mamy duże doświadczenie. Usługi CNC świadczymy od niemal 40 lat. Nasza wycena jest zupełnie darmowa. A jeśli będziesz mieć wątpliwości, jaka technologia sprawdzi się u Ciebie najlepiej, nasza fachowa wiedza jest na Twoje usługi.