EUServizi di lavorazione CNC: definizione, processo e attrezzature
Lavorazione CNC è una forma di lavorazione meccanica di precisione che modella complesse parti in metallo, plastica e resina in prodotti. Le macchine CNC svolgono un ruolo cruciale in questo processo consentendo un controllo preciso tramite software preprogrammato, rendendole essenziali per la produzione di un'ampia gamma di prodotti complessi e dettagliati in vari settori. Processo di lavorazione CNC è un'estensione del processo di produzione sottrattiva, il che significa che rimuove il materiale dalla parte iniziale nota come pezzo grezzo o pezzo in lavorazione.
Se ti sei mai chiesto cos'è la lavorazione CNC e come piccoli componenti riescono a inserirsi in un involucro e come si accoppiano parti metalliche come bulloni e dadi, probabilmente la risposta è nelle macchine CNC. Ma c'è molto altro da sapere sul processo di lavorazione CNC e in questa guida condividerò con te tutto, dal processo agli strumenti.
Cosa è Lavorazione CNC?
CNC è l'acronimo di Computer Numerical Control, Lavorazione CNC è un processo di produzione sottrattiva. La tecnologia CNC svolge un ruolo cruciale nei moderni processi di produzione ottimizzando le operazioni con precisione ed efficienza. La tecnologia CNC garantisce elevati livelli di precisione di lavorazione, essenziali per la produzione di parti coerenti e di alta qualità.
Il CNC funziona prendendo istruzioni sotto forma di codice o più specificamente un codice g o un codice m. Il software che interpreta il codice e il computer che controlla gli utensili da taglio sono tutti integrati nei moderni sistemi CNC che richiedono un controllo manuale minimo o nullo e un'elevata precisione.
Le macchine CNC si affidano ai software Computer-Aided Design (CAD) e Computer-Aided Manufacturing (CAM) come una serie di istruzioni per eseguire il lavoro di lavorazione sul pezzo grezzo. Il software CAD viene utilizzato per modellare il progetto previsto con misurazioni e tolleranze, mentre il software CAM lo trasforma in una serie di istruzioni che si traducono in velocità dell'utensile, movimento dell'utensile, assi di traslazione e movimento. Le istruzioni vengono ripetute con movimenti precisi per garantire che vengano realizzate parti identiche.
Panoramica del processo di lavorazione CNC
Nel processo CNC, una sofisticata tecnica di produzione che migliora la precisione e l'efficienza, viene creato un modello CAD (Computer-Aided Design) della parte desiderata, che funge da modello per il processo di lavorazione. Uno dei principali vantaggi di Processo CNC è la sua efficienza di lavorazione, che riduce notevolmente tempi e costi di produzione. Il modello CAD viene quindi convertito in un programma CNC che contiene le istruzioni che la macchina utensile deve seguire.
Progettazione del modello CAD
La macchina CNC è una macchina programmabile, ma prima della programmazione, la geometria, la struttura e il design della parte vengono realizzati nel software CAD. Puoi scegliere di costruire il tuo modello CAD 3D o inserire un'immagine 2D che può essere trasformata in un modello 3D.
Conversione del file CAD in un programma CNC
Una macchina CNC è compatibile con un software di produzione assistita da computer che aiuta a definire e specificare le operazioni di lavorazione, trasformando la parte 3D in un codice specifico della macchina CNC. Questo codice indica alle macchine come spostare l'utensile da taglio, regolare la velocità durante, ruotare, spostare parti di lavorazione, angoli e profondità di taglio, ecc.
Ecco una panoramica del processo:
Importare il file CAD:
Nel software CAM, importare il file CAD che contiene il modello 3D della parte. Il software dovrebbe supportare i formati di file CAD comuni come STEP, IGES o STL.
Definizione delle operazioni di lavorazione:
Nel software CAM, specificare le operazioni di lavorazione in base ai requisiti del pezzo. Ciò include la selezione degli utensili da taglio, la definizione dei parametri dell'utensile e la specifica della strategia di lavorazione.
Generazione di percorsi utensile:
Il software CAM calcola i percorsi utensile ottimali in base alle operazioni selezionate, considerando fattori come la geometria dell'utensile, le condizioni di taglio, il materiale e le capacità della macchina. Offre opzioni di personalizzazione per ottimizzare i percorsi utensile per efficienza e qualità.
Impostazione dei parametri di lavorazione:
Specifica parametri di lavorazione come profondità di taglio, passaggi, distanze e posizioni di cambio utensile per garantire movimenti dell'utensile sicuri ed efficienti, prevenendo collisioni e rimozione eccessiva di materiale.
Post produzione:
Il software CAM esegue la post-elaborazione per convertire i percorsi utensile in un programma CNC per la tua specifica macchina CNC. Il post-processore genera istruzioni in codice G per controllare i movimenti della macchina, i cambi utensile e altri comandi specifici della macchina.
Preparazione della macchina CNC
Prima che una macchina CNC possa rimuovere materiale, sono necessari numerosi controlli e pratiche per garantire prestazioni ottimali e una corretta attrezzatura. Spesso esistono più modi per lavorare la parte e l'operatore CNC inizia selezionando l'operazione di lavorazione.
Segue la sequenza di lavorazione che suddivide i passaggi e gli strumenti da utilizzare. Infine, seleziona la macchina che può ospitare le macchine utensili CNC e il processo di produzione.
Esecuzione dell'operazione di lavorazione
Il pezzo grezzo o il pezzo in lavorazione viene posizionato all'interno del mandrino o delle ganasce e il codice del processo di lavorazione viene inviato alla macchina CNC. La produzione CNC utilizza tecnologia avanzata e precisione per garantire che la macchina inizi a rimuovere il materiale in modo automatico e ripetitivo e l'intero processo sia automatizzato per accelerare la produzione. La produzione CNC garantisce elevati livelli di precisione di lavorazione, fondamentale per ottenere la precisione e la qualità desiderate nel prodotto finale.
Esistono diversi modi per bloccare i pezzi nella lavorazione CNC, a seconda delle dimensioni, della forma e dei requisiti della parte. Ecco alcuni metodi comuni:
Morsa di serraggio:
Le morse sono comunemente utilizzate nella lavorazione CNC per bloccare in modo sicuro pezzi di diverse dimensioni e forme. Forniscono un'impugnatura versatile e regolabile, consentendo il serraggio manuale o pneumatico secondo necessità.
Bloccaggio del dispositivo:
Le attrezzature sono dispositivi su misura progettati specificatamente per trattenere e posizionare i pezzi durante le operazioni di lavorazione. Forniscono un posizionamento preciso e ripetibile, soprattutto per parti complesse o di forma irregolare.
Sistemi di bloccaggio modulari:
Il sistema di bloccaggio modulare è dotato di morsetti, staffe e adattatori regolabili e intercambiabili per la configurazione flessibile di diverse impostazioni di lavorazione.
Mandrini a pinza:
I mandrini a pinza sono comunemente utilizzati nelle operazioni di tornitura CNC per trattenere saldamente i pezzi cilindrici. I mandrini a pinza forniscono elevata concentricità e forza di presa, garantendo stabilità durante i processi di lavorazione rotazionale.
I diversi tipi di macchine CNC
Le parti lavorate a CNC sono spesso realizzate mediante più operazioni di lavorazione. La maggior parte delle macchine CNC sono specializzate per eseguire singole operazioni di lavorazione CNC come fresatura o tornitura. La terminologia delle macchine CNC si basa sul numero di assi che una macchina CNC può controllare. Diversi tipi di macchine CNC sono classificati in base al numero di libertà degli assi che hanno.
Di seguito è riportata una ripartizione dei diversi tipi di macchine CNC
Mulini a controllo numerico
Le frese CNC sono macchine CNC progettate per rimuovere materiale utilizzando un mandrino utensile rotante da un pezzo. La fresatrice CNC ha una base su cui è fissato il pezzo. Nella maggior parte delle frese CNC, l'utensile è in grado di muoversi su 3 assi, in alternativa, anche la base può muoversi su 3 assi.
Macchine CNC a 3 assi
Le macchine CNC a 3 assi possono muoversi in 3 direzioni. A differenza delle macchine CNC a 2 assi, possono muoversi sugli assi x, y e z sbloccando molte operazioni di taglio. La macchina CNC a 3 assi più comune è la fresatrice che può avere la tavola che si muove in due direzioni e fare affidamento sul movimento dell'utensile per la terza direzione oppure avere due movimenti direzionali forniti dall'utensile e l'ultimo o aggiuntivo proveniente dalla tavola .
Macchine CNC a 4 assi
Il passaggio dalle macchine CNC a 3 assi non apporta una nuova dimensione all'utensileria, ma aggiunge un asse di rotazione che rende il CNC più sofisticato e preciso. Una macchina CNC a 4 assi ha movimenti su 3 assi e un movimento rotatorio. Ciò porta un nuovo movimento planare ai 3 piani standard. Le operazioni tipiche delle macchine CNC a 4 assi sono il taglio angolare, il taglio lungo un arco, l'intaglio e l'incisione circolare.
Macchine CNC a 5 assi
La macchina CNC a 5 assi ha il movimento tridimensionale standard lungo gli assi x, y e z. Insieme a un movimento rotatorio sull'asse x come la macchina CNC a 4 assi. Tuttavia, va oltre aggiungendo un altro movimento rotatorio conferendogli una nuova profondità e capacità di tagliare disegni esatti. Questi nuovi assi di rotazione sono chiamati assi A e B.
Le macchine CNC a 5 assi sono i tipi più sofisticati di macchine CNC e si avvicinano al pezzo da qualsiasi lato o angolazione. Il vantaggio più grande rispetto alle macchine CNC standard a 4 e 3 assi è che non è necessario regolare o modificare manualmente l'orientamento del pezzo.
torni
I torni CNC sono in grado di modellare grezzi cilindrici ruotando la parte ad alta velocità e guidandola sugli assi previsti. L'utensile da taglio rimane fermo e il mandrino ruota. Un altro tipo di tornio CNC è il tornio a fantina mobile. La macchina CNC svizzera è un'aggiunta relativamente moderna alla serie di macchine CNC che utilizza una fantina mobile e una boccola di guida per supportare parti cilindriche lunghe. Oltre a ciò, i torni a fantina mobile hanno anche la capacità di fresatura.
Tornitura CNC Le macchine sono utilizzate specificatamente per fornire alcune delle operazioni di tornitura standard eseguite da utensili da taglio fissi come alesatura, foratura, sfere sferiche, perni, scanalature o maschiature e rastremazioni. Tieni presente che sono rigorosamente per pezzi cilindrici.
Macchine a scarica elettrica
Le macchine a scarica elettrica rimuovono il metallo generando scintille continue e producendo calore sul metallo. Funziona applicando una corrente elettrica continua all'elettrodo e alla parte metallica sottostante, sviluppando un campo elettrico. Le minuscole parti metalliche sospese nell'elettrodo si formano al centro di questo campo e poiché i metalli conducono elettricità, queste minuscole impurità metalliche si riscaldano e provocano scintille che rimuovono il metallo nel punto in cui la scintilla entra in contatto con il pezzo di metallo.
Elettroerosione a filo:
Wire EDM o il taglio a filo è un processo di rimozione del materiale tramite scarica elettrica che utilizza un filo metallico per tagliare un pezzo di metallo. Il filo viene fatto passare attraverso il materiale utilizzando un foro e la macchina per elettroerosione determina un percorso preprogrammato per la forma desiderata. L'alta tensione passa attraverso il filo, rimuovendo istantaneamente il materiale attorno al filo.
L'intera parte e il filo vengono immersi in acqua deionizzata per garantire che non vi sia conduttività indesiderata e che il metallo innescato venga rimosso dal taglio. Questo processo è anche chiamato processo di tolleranza 0.
Elettroerosione a tuffo:
L'elettroerosione a tuffo utilizza lo stesso principio di scarica elettrica ma utilizza strumenti diversi per rimuovere il materiale. A differenza dell'elettroerosione a filo, l'elettroerosione a tuffo utilizza un elettrodo lavorato per realizzare una copia positiva del progetto finale destinato al pezzo in lavorazione.
L'elettroerosione a tuffo viene utilizzata principalmente per la lavorazione di cavità complesse. L'utensile dell'elettrodo viene immerso nell'olio dielettrico, dove si trova il pezzo in lavorazione e le caratteristiche vengono bruciate nella parte utilizzando scintille. L'olio aiuta a eliminare eventuali pezzi di metallo e rifiuti.
Tipi di Operazioni di lavorazione CNC
Esistono molti modi per classificare le macchine CNC. Le tecniche di lavorazione variano tra le diverse operazioni CNC, influenzando la precisione e l'efficienza del processo. Il numero di assi, utensili da taglio e velocità sono modi per differenziarli, ma un altro modo per classificarli è utilizzare il tipo di Operazione di lavorazione CNC possono esibirsi.
Esistono molte operazioni di lavorazione a controllo numerico computerizzato, diverse dal processo di taglio standard, come il taglio a getto d'acqua e le presse che non vengono utilizzate nelle industrie tipiche.
Le operazioni comuni di lavorazione CNC sono elencate di seguito in dettaglio.
Foratura CNC
La foratura CNC prevede un utensile da taglio (punta da trapano) montato perpendicolarmente alla superficie del pezzo che ruota per tagliare fori cilindrici all'interno del pezzo. Di solito, questi sono fatti per bulloni e viti. Le punte da trapano hanno dimensioni standardizzate, il che significa che la maggior parte dei fori ha uno standard predeterminato come il sistema metrico.
Tuttavia, è possibile realizzare fori di qualsiasi diametro se è possibile progettare la punta multipunto. I fori non sono limitati all'orientamento verticale e possono essere praticati da qualsiasi angolazione. I trapani CNC possono anche eseguire altre operazioni di foratura tra cui brocciatura, alesatura e maschiatura.
Fresatura CNC
fresatura CNC è un'altra operazione di lavorazione a controllo numerico che utilizza un utensile da taglio rotante multipunto per rimuovere materiale da un pezzo. La parte viene fissata sulla tavola della fresatrice CNC e il mandrino rotante alimenta il pezzo.
Esistono numerose lavorazioni di fresatura CNC a seconda degli assi di rotazione del mandrino. La fresatura CNC è l'operazione di lavorazione CNC più comune grazie alla sua elevata versatilità e precisione. Le frese CNC possono produrre molti tipi di forme e forme utilizzando la stessa configurazione della fresa CNC.
Possono essere utilizzati per tagliare fessure, formare forme e rimuovere semplicemente uno strato di materiale dal pezzo. Le fresatrici CNC sono in grado di eseguire numerose lavorazioni di lavorazione CNC come fresatura di forme, fresatura angolare, spianatura, fresatura piana, fresatura laterale e in gruppo.
Una distinzione importante da tracciare qui è tra fresatrici CNC e router CNC. Entrambi sono in grado di svolgere la stessa funzione, utilizzano utensili di fresatura e sono azionati da controllo numerico. La differenza tra un router CNC e una fresatrice CNC è che un router CNC viene utilizzato per materiali più morbidi come il legno e non è preciso come una fresatrice CNC professionale.
Router CNC hanno giri al minuto e velocità del mandrino più elevati ma non assorbono energia sufficiente per tagliare i metalli industriali come le frese di base. Una fresatrice CNC ha tempi di completamento più rapidi perché taglia materiali più morbidi ed è ottima per contornare cartelli in legno e cartone.
tornitura CNC
La tornitura è un processo di lavorazione che taglia il materiale utilizzando un utensile da taglio fisso e un pezzo rotante. Sebbene i torni manuali siano ancora comuni, la maggior parte delle operazioni di tornitura vengono eseguite utilizzando torni.
Il tornio CNC trattiene il pezzo in un mandrino rotante e i programmi di controllo numerico del computer eseguono tutto il movimento dell'utensile da taglio a punto singolo. Le parti lavorate a CNC prodotte dai torni CNC sono molto più accurate e precise.
Tipi di Software di supporto alla lavorazione CNC
La lavorazione CNC richiede un software per computer preprogrammato per eseguire la lavorazione vera e propria. Poiché il pezzo o la macchina utensile viene alimentata automaticamente, le macchine CNC più comuni si affidano a uno di questi software per interpretare il progetto desiderato.
Software CAD
Il software CAD è il punto di accesso alla progettazione delle parti. Il software CAD consente di realizzare disegni e bozze 2D delle parti finali lavorate a CNC e può produrre rendering 3D o consentire di lavorare in 3 dimensioni sulla parte stessa. Il CAD è principalmente un software di progettazione e non può essere utilizzato direttamente con una macchina CNC. Il software CAD comune include Solidworks, AutoCAD, Fusion, Creo Element e CATIA.
Software CAM
CAM è il passo successivo nel sistema CNC. Il software CAM può trasformare il modello CAD in codice ag, codice m o altro codice di controllo numerico per una macchina CNC. I programmi CAM creano le istruzioni che automatizzano la macchina CNC ed eliminano la necessità di un operatore CNC. I tipi di file CAM tipici sono 3DM, DWG, DXF e IGES. I macchinisti CNC di solito conoscono i dettagli della programmazione CNC e alcune macchine richiedono che i macchinisti CNC scrivano o correggano eventuali errori.
CAE Software
CAM è il passo successivo nel sistema CNC. Il software CAM può trasformare il modello CAD in codice ag, codice m o altro codice di controllo numerico per una macchina CNC. Aiuta a sviluppare strategie di lavorazione che ottimizzano il processo di produzione. I programmi CAM creano le istruzioni che automatizzano la macchina CNC ed eliminano la necessità di un operatore CNC.
I tipi di file CAM tipici sono 3DM, DWG, DXF e IGES. I macchinisti CNC di solito conoscono i dettagli Programmazione CNC e alcune macchine richiedono che gli operatori CNC scrivano o correggano eventuali errori. Con l'avvento dell'online Servizi di lavorazione CNC, il processo è diventato più comodo e accessibile, offrendo funzionalità come preventivi istantanei e tempi di consegna rapidi.
Materiali compatibili Con lavorazione CNC
Le macchine CNC più comuni possono lavorare con una vasta gamma di materiali di lavorazione purché il pezzo si adatti alle dimensioni lavorabili. Processo di lavorazione CNC è identico per vari materiali, ma gli utensili da taglio devono essere cambiati a seconda del tipo di materiale lavorato con CNC. Le parti lavorate a CNC sono realizzate con uno di questi materiali.
Metalli
Plastica
Legno (MDF)
schiuma
Composito
Uno dei motivi per cui il processo di lavorazione CNC è così comune nel settore manifatturiero è che è preciso, ripetibile ed efficiente. La scelta del materiale corretto è importante poiché l'utensile non si usura, la macchina CNC non produce calore in eccesso e l'operatore CNC non deve perdere tempo a sostituire la macchina utensile e il refrigerante.
Per selezionare il materiale, il progettista e l'operatore CNC devono conoscere le condizioni in cui verrà utilizzata la parte, i requisiti di resistenza, il peso e la compatibilità o conduttività. Questi fattori determinano la lavorabilità del pezzo e diventano i criteri di selezione per il processo di lavorazione CNC.
Un altro fattore importante nella lavorazione CNC è la tolleranza dimensionale, di cui parlerò in dettaglio nella sezione successiva.
Considerazioni sulle dimensioni del CNC
La lavorazione CNC è per lo più riservata a pezzi di piccole e medie dimensioni. In molti casi, le parti lavorate a CNC vengono realizzate e assemblate in parti più grandi per dare l'impressione di una parte lavorata a CNC di grandi dimensioni. Le grandi dimensioni rappresentano una grande sfida per la lavorazione CNC, poiché la maggior parte delle operazioni di lavorazione CNC richiedono la rotazione della parte o dell'utensile da taglio, cosa che può essere difficile da eseguire con pezzi pesanti.
Le macchine CNC più comuni hanno le seguenti tolleranze.
N. 1. Tolleranze di lavorazione CNC
Tolleranze lineari nella lavorazione CNC
Tolleranze angolari nella lavorazione CNC
N. 2. Sfide della lavorazione in base alle dimensioni del pezzo
La lavorazione CNC può soddisfare un'ampia varietà di materiali e forme e non è limitata a un singolo processo di lavorazione CNC alla volta. Tuttavia, ci sono molti parametri di lavorazione che devono adattarsi al pezzo prima che la lavorazione CNC possa iniziare. Oltre alle tolleranze ottenibili sopra indicate, le dimensioni del pezzo possono limitare la lavorazione CNC in molti modi.
Per una parte molto ampia
Gli errori di precisione vengono amplificati all'aumentare della dimensione
Viene prodotto più calore
Il CNC a 4 e 5 assi potrebbe non coprire l'intera superficie del pezzo
Richiede macchinari complessi
Le parti di grandi dimensioni sono soggette a vibrazioni
Nuovo programma CNC per pezzi di grandi dimensioni
Erogazione di refrigerante ad alta pressione che può aumentare i costi
Incline alle concentrazioni di stress
Per un pezzo ingombrante e pesante
- I pezzi ingombranti e pesanti presentano sfide di lavorazione specifiche.
- Difficile da ruotare e riposizionare
- La panca o il tavolo CNC potrebbero non supportare il peso aggiuntivo
- Produce più stress sul CNC
Processi di produzione alternativi Alla lavorazione CNC
La lavorazione CNC può sembrare un processo di lavorazione tuttofare, ma esistono molti processi di lavorazione che sono più utili della lavorazione CNC nonostante tutti i suoi vantaggi. Uno di questi processi è la stampa 3D.
La stampa 3D produce parti in plastica facili e veloci che richiedono quasi 0 input da parte dell'utente. La stampa 3D in metallo è diventata popolare, producendo parti metalliche stampate in 3D utilizzando laser ad alta intensità e polvere metallica.
stampaggio ad iniezione è un altro processo di produzione di massa in grado di produrre geometrie complesse come le macchine CNC a 5 assi ma con un processo molto semplice ed economico. Lo stampaggio a iniezione non richiede il codice G ed è ideale per le parti in plastica, ma può produrre prodotti in metallo utilizzando stampi simili. Altre alternative di lavorazione CNC includono il taglio laser, i getti d'acqua, le frese per elettroerosione e la lavorazione chimica.
Autore
Gavin Leone è uno scrittore tecnico presso Aria con 8 anni di esperienza in Ingegneria, È esperto nelle caratteristiche di lavorazione e nel processo di finitura superficiale di vari materiali. e ha partecipato allo sviluppo di oltre 100 progetti complessi di stampaggio a iniezione e lavorazione CNC. Ha la passione di condividere le sue conoscenze ed esperienze.