FREZOWANIE CNC

Frezowanie to najbardziej elastyczna i dostępna metoda obróbki skrawaniem umożliwiająca wykonanie niemal każdego kształtu. Polega ono na oddzielaniu warstwy materiału z przedmiotu obrabianego za pomocą narzędzia, najczęściej frezu. W przypadku tej technologii przedmiot obrabiany jest nieruchomy natomiast narzędzie wykonuje ruch obrotowy umożliwiający skrawanie materiału.

Wysoka elastyczność procesu sprawia że na frezarkach CNC możliwe jest wykonanie bardzo szerokiego wachlarza elementów stosowanych w różnych gałęziach przemysłu. Do najbardziej typowych elementów wykonywanych za pomocą tej technologii należy zaliczyć głównie części maszyn i urządzeń, zwłaszcza korpusy, pokrywy, bloki, rozdzielacze i wszelkiego rodzaju obudowy.

Stosowane przez nas nowoczesne centra frezarskie CNC pozwalają na obróbkę szerokiej gamy materiałów stosowanych w przemyśle. Potrafimy obrabiać materiały trudne jak na przykład stopy lotnicze lub materiały o podwyższonej twardości. Jednak ze względu na specjalizację i zwiększone zapotrzebowanie rynkowe podstawą naszej produkcji jest frezowanie stali węglowych, niskostopowych, stopowych oraz stali nierdzewnych. Sporą część naszej oferty stanowi również frezowanie metali kolorowych takich jak aluminium, mosiądz i brąz.

Frezowanie CNC to bardzo obszerna dziedzina wiedzy technicznej. Ze względu na swoją elastyczność posiada ogromny potencjał w wytwarzaniu wszelkiego rodzaju komponentów. Oprócz tradycyjnych zastosowań, frezowanie jest często alternatywą dla innych metod jak choćby toczenie CNC. Podstawą do projektowania skutecznych i wydajnych procesów na frezarki jest znajomość technologii oraz zasad programowania. Często te same zadania możemy wykonać na kilka lub nawet kilkanaście różnych sposobów. Nie znaczy to jednak że każdy sposób jest dobry. Konfiguracja frezowania musi być starannie przemyślana. Mogą się pojawić głębokie kieszenie, cienkie ściany, obróbka przerywana czy wtrącenia w materiale które trzeba uwzględnić. Powierzchnie obrabianego przedmiotu mogą być trudne w obróbce za sprawą naskórka odlewniczego lub zgorzeliny na odkuwce. Wybór metody frezowania zależy też w dużej mierze od dostępnej obrabiarki, jej typu, wielkości i mocy. Inne możliwości dają ciężkie poziome centra obróbcze a inne obrabiarki pięcioosiowe oferujące płynne sterowanie we wszystkich osiach.    

Specjaliści w naszej firmie doskonale poruszają się w arkanach wiedzy z zakresu frezowania CNC z użyciem nowoczesnych, wysokowydajnych centrów obróbczych. Dzięki temu potrafią odpowiednio zaplanować proces w taki sposób żeby obróbka Państwa detali odbywała się w sposób jak najbardziej produktywny przy zachowaniu stabilnie wysokiej jakości produktów.

Proces frezowania przez lata ewoluował do metody obróbki bardzo uniwersalnej umożliwiającej wykonanie bardzo szerokiego zakresu operacji. Jednak ze względu na konfigurację układu narzędzie przedmiot obrabiany można go podzielić na kilka odrębnych kategorii charakteryzujących się indywidualną specyfiką.

Frezowanie walcowo czołowe

Jest to typ frezowania, w którym obróbka następuje z wykorzystaniem czołowych oraz bocznych krawędzi ostrzy narzędzia, tak aby uzyskać jednocześnie dwie płaszczyzny po przejściu frezu. Frezowanie to może być przeprowadzone tradycyjnymi głowicami, jak również przy użyciu frezów palcowych, frezów z długą krawędzią popularnie nazywanych jeżowymi oraz frezów tarczowych. Mnogość opcji wymusza staranny dobór narzędzia celem uzyskania optymalnego efektu obróbki, przy czym jednym z podstawowych wymogów jest uzyskanie rzeczywistego kąta 90 stopni pomiędzy płaszczyznami obrabianymi. Najlepszym rozwiązaniem w przypadku frezowania walcowo czołowego jest zastosowanie tak zwanego frezowania współbieżnego czyli takiego w którym narzędzie skrawające porusza się w kierunku obrotu. W takim przypadku grubość wióra maleje od początku przejścia, stopniowo osiągając zero przy jego końcu. Zapobiega to powstawaniu dużych naprężeń w momencie wychodzenia ostrza z obrabianego przedmiotu co korzystnie wpływa na jego żywotność. Jeżeli to możliwe należy również programować wejście frezu w materiał po łuku, pozwala to uzyskiwać na wyjściu zerową grubość wióra co zapewni możliwość stosowania wyższego posuwu i dłuższą trwałość narzędzia. Ponadto obróbka jeżeli to możliwe powinna być przeprowadzana w sposób, który kieruje siły skrawania do punktów podparcia uchwytu mocującego, zwłaszcza na obrabiarkach o małej sztywności. Innym sposobem na osiągnięcie stabilnego skrawania na mniej sztywnych obrabiarkach jest zastosowanie narzędzia o rzadkiej podziałce. Nie bez znaczenia jest tutaj również odpowiednio sztywne zamocowanie narzędzia, zwłaszcza przy ciężkiej obróbce ma ono decydujący wpływ na wynik procesu.

Specyficzną operacją w tej kategorii jest frezowanie zewnętrzne czyli obróbka krawędzi. Wymaga ona starannego zaplanowania ze względu na to że zazwyczaj występują problemy z odpychaniem narzędzia i z uzyskaniem dobrej jakości powierzchni. W tym przypadku należy mieć świadomość że frezy z wymiennymi płytkami zawsze będą charakteryzować się wyższym biciem promieniowym i mniejszą precyzją ostrza niż frezy pełnowęglikowe. Dlatego w przypadku wymaganej wysokiej jakości krawędzi bocznej przedmiotu obrabianego należy wybierać frezy monolityczne a w szczególności te o dużym kącie linii śrubowej i gęstej podziałce. Zapewnia to odpowiednio dużą ilość ostrzy zaangażowanych jednoczenie w skrawanie co przekłada się na stabilność procesu i optymalne efekty.

Frezowanie czołowe

Jest to najpopularniejsza operacja frezowania, często nazywana frezowaniem płaszczyzn. Może być przeprowadzone przy zastosowaniu szerokiej gamy różnych narzędzi. Najczęściej używane są frezy z kątem przystawienia 45 stopni, lecz w pewnych warunkach używane są również frezy z płytkami okrągłymi, frezy walcowo czołowe czy nawet frezy tarczowe. Przystępując do planowania obróbki należy wziąć pod uwagę szereg czynników począwszy od stabilności obrabiarki, wielkości i typu wrzeciona oraz dostępnej mocy. Jeżeli to możliwe należy stosować frezy o średnicy większej o 20 – 50 procent od szerokości płaszczyzny do obróbki. Istotne jest również pozycjonowanie frezu mimośrodowo względem osi przedmiotu obrabianego co pozwoli zredukować grubość wióra na wyjściu z materiału. Celem uzyskania łagodnego wejścia należy programować ścieżkę narzędzia po łuku oraz zredukować posuw. W miarę możliwości, należy unikać częstego wchodzenia i wychodzenia narzędzia z przedmiotu obrabianego. Może to stwarzać niekorzystne naprężenia na krawędzi skrawającej i stwarzać warunki do powstawania drgań. Warto programować ścieżkę tak aby frez był utrzymywany w stałym kontakcie z materiałem, zamiast wykonywać kilka równoległych przejść. Podczas zmiany kierunku obróbki można zastosować przejście po promieniu w celu utrzymania frezu w ruchu i ciągłym kontakcie. Frezowanie współbieżne jest tutaj również pierwszym wyborem jeżeli chodzi o planowaną strategię obróbki.

Dodatkową alternatywą w przypadku operacji frezowania czołowego jest zastosowanie frezów z małym kątem przystawienia i frezowanie z wysokimi posuwami. Jest to specyficzna metoda obróbki, w której dzięki specjalnej konstrukcji narzędzia uzyskujemy zmniejszenie grubości tworzącego się wióra. Pozwala to na zastosowanie bardzo wysokiego posuwu rzędu nawet 4 mm na ostrze. Mimo że geometria narzędzia wymusza ograniczoną głębokość skrawania do wartości poniżej 2 mm, to dzięki wysokim wartościom posuwu jest to bardzo produktywna metoda frezowania. Inną cechą charakterystyczną dla tej metody obróbki jest bardzo korzystny rozkład sił skrawania. Ze względu na mały kąt przystawienia ostrzy wektor sił skrawania jest skierowany w większości w kierunku wrzeciona co sprawia, że jest to bardzo stabilna metoda obróbki, pozwalająca na stosowanie choćby większych niż standardowe wysięgów narzędzi.

Warto jeszcze wspomnieć o możliwości zastosowania płytek dogładzających w operacjach wykańczających frezowania czołowego. Jest to specjalny rodzaj płytek skrawających o ponadstandardowej szerokości krawędzi skrawającej stosowany w celu poprawienia jakości powierzchni. Stosuje się je w połączeniu z płytkami standardowymi w taki sposób, że jedna bądź kilka płytek dogładzających jest osadzona w głowicy obok płytek frezujących w taki sposób że wystaje poniżej nich o ok. 0,05 mm. Dzięki temu możliwe jest zebranie powstałych nierówności powierzchni pozostawionych przez pozostałe ostrza.

Frezowanie profilowe

Jest to grupa operacji typowa dla obróbki skrawaniem CNC i niemożliwa do wykonania na obrabiarkach konwencjonalnych. W tej kategorii mieści się obróbka w wielu osiach, kształtów wklęsłych i wypukłych w dwóch i trzech wymiarach. Konieczne jest tutaj zaawansowane programowanie ścieżek narzędzia w celu uzyskania optymalnych rezultatów obróbki. Zasadniczo proces powinien być podzielony na co najmniej trzy typy operacji: obróbka zgrubna, obróbka półwykańczająca i obróbka wykańczająca. Czasami wymagane jest superwykańczanie, z użyciem technik obróbki szybkościowej tzw. HSM. W celu uzyskania wysokiej dokładności i produktywności zaleca się realizowanie obróbki zgrubnej i wykańczającej na oddzielnych obrabiarkach z wykorzystaniem dedykowanych narzędzi skrawających do każdej operacji. Operacje wykańczające powinny być przeprowadzane na 4 lub 5 osiowych maszynach z wykorzystaniem zaawansowanych technik programowania.

W związku z faktem, że frezowanie profilowe znajduje zastosowanie w wytwarzaniu bardzo szerokiej gamy produktów począwszy od wszelkiego rodzaju form i matryc aż po elementy turbin energetycznych czy lotniczych, dostępna wiedza na temat tej kategorii frezowania jest bardzo rozległa. Nasza firma nie specjalizuje się tego typu obróbce zatem skupimy się tutaj jedynie na podstawowych zagadnieniach. W operacji frezowania zgrubnego ważne jest aby wybierać metody obróbki która pozostawia stały naddatek dla kolejnych operacji. Frezy walcowo czołowe lub frezy z długą krawędzią pozostawią nierównomierny naddatek, który musi zostać później usunięty. Powoduje to zmienne siły skrawania i odgięcia narzędzia podczas kolejnych etapów obróbki co negatywnie wpływa na dokładność geometryczną ostatecznego kształtu. Użycie frezów z okrągłymi płytkami lub frezów do wysokich posuwów zagwarantuje natomiast łagodne przejścia pomiędzy kolejnymi wierszami i dzięki temu bardziej równomiernie rozłożony naddatek dla kolejnych narzędzi wykańczających. Po zgrubnym otwarciu profilu należy przystąpić do zasadniczej obróbki kształtowej. Mamy tu do dyspozycji dwie podstawowe strategie obróbki: frezowanie po konturze oraz tzw. frezowanie kopiowe. Frezowanie kopiowe to najłatwiejsza metoda z punktu widzenia programowania ścieżki i polega na odwzorowaniu kształtu profilu wieloma równomiernymi przejściami narzędzia prowadzonymi w poprzek konturu. Jednak nie jest to zalecana metoda ze względu na nieoptymalne wykorzystanie potencjału obrabiarki i narzędzia oraz dużą ilość niekorzystnych wejść i wyjść narzędzia z materiału. Bardziej korzystna jest metoda frezowania po konturze, które polega na prowadzeniu narzędzia wzdłuż krawędzi profilu i stopniowym zagłębianiu się w osi Z miarę usuwania materiału. Jest to technika bardziej produktywna, ponieważ skrawanie odbywa się na większej średnicy narzędzia przez co można uzyskać znacznie krótszy czas obróbki. Ponadto pozwala uzyskać nieprzerwane pozostawanie narzędzia w materiale co przedłuża jego trwałość. Frezowanie po konturze powoduje również powstawanie mniejszej ilości szybkich zmian obciążenia roboczego i kierunku. Ma to szczególne znaczenie przy frezowaniu z dużą prędkością i posuwem oraz w materiałach hartowanych, ponieważ w tych przypadkach proces jest szczególnie podatny na powstawanie drgań.

Frezowanie rowków

Większość aplikacji frezowania wymaga wykonania różnego rodzaju rowków, kanałków czy podebrań. Mogą być to rowki płytkie lub głębokie, zamknięte lub otwarte, krótkie lub długie, szerokie lub wąskie wreszcie proste bądź też zakrzywione. W zależności od konkretnego zadania należy dobierać odpowiednią technikę oraz narzędzie. Frezy tarczowe są narzędziami dedykowanymi do operacji rowkowania bądź też odcinania materiału. Mogą skutecznie wykonywać długie, głębokie otwarte rowki z gwarancją stabilności oraz produktywności takiej operacji. Można je także łączyć w zespoły zwielokrotniając objętość usuwanego materiału w jednym przejściu. Zdecydowanymi zaletami tego typu frezów jest możliwość stabilnego wybierania wąskich i głębokich rowków dlatego powinny stanowić pierwszy wybór w tego typu aplikacjach. Istnieje jednak cały szereg zastosowań w których nie mamy możliwości użycia frezów tarczowych. Są to rowki zakrzywione, zamknięte, wszelkiego rodzaju rowki wpustowe czy też takie do których dostęp frezem tarczowym jest niemożliwy ze względu na jego gabaryty. W takich przypadkach należy zastosować frezowanie walcowo czołowe frezami palcowymi. Zaletą tej metody jest jej wszechstronność sprawiająca, że można ją stosować niemal we wszystkich możliwych sytuacjach. Mamy tutaj do dyspozycji trzy podstawowe strategie wykonywania rowków. Frezowanie konwencjonalne polegające na prowadzeniu narzędzia wzdłuż osi symetrii rowka. Jest to najprostsza do zaprogramowania metoda sprawdzająca się w stabilnych warunkach. Powstają tutaj jednak duże siły promieniowe sprawiające że proces jest podatny na powstawanie drgań. Frezowanie trochoidalne polegające na prowadzeniu freza ruchem kolistym w obrębie szerokości rowka z jednoczesnym ruchem postępującym wzdłuż jego osi. Metoda ta wymaga bardziej zaawansowanego programowania jednak wykazuje szereg zalet przemawiających za jej zastosowaniem. Podstawowym atutem jest generowanie mniejszych promieniowych sił skrawania przez co proces jest bardziej stabilny od klasycznego. Korzystne jest również mniejsze wydzielanie ciepła podczas skrawania co w przypadku wąskich i głębokich rowków jest nie bez znaczenia. Podobnie jak usprawnione odprowadzanie wiórów. Ostatnią z dostępnych metod jest frezowanie wgłębne czyli tzw. plunging. Jest to strategia dedykowana do przypadków gdzie wysięgi narzędzia są na tyle duże że pozostałe metody nie pozwalają na stabilną obróbkę bez drgań. Polega ona na wybieraniu materiału rowka w wielu kolejnych pionowych przejściach czołem freza zamiast jego obwodem. Powoduje to skierowanie większości sił skrawania w kierunku osi narzędzia co w zasadniczy sposób wpływa na poprawę stabilności procesu. Jednak należy pamiętać że jest to mniej wydajna metoda od pozostałych i należy ja stosować jedynie w uzasadnionych technologicznie przypadkach.

Frezowanie gwintów

Obróbka gwintów na frezarkach jest możliwa w pełnym zakresie zastosowań zarówno dla gwintów wewnętrznych jaki i zewnętrznych, prawych oraz lewych o dowolnych skokach. Do podstawowych narzędzi stosowanych w nacinaniu gwintów wciąż należą gwintowniki oraz narzynki. Są to narzędzia kształtowe wieloostrzowe które posiadają geometrię odpowiadającą konkretnemu gwintowi wraz z jego średnicą oraz skokiem. Podczas pracy wykrawają materiał w sposób ciągły odwzorowując swój kształt w przedmiocie obrabianym. Ich popularność wynika z dostępności, łatwości użycia oraz stosunkowo niskiej ceny. Wadą jest niska trwałość, niska wydajność obróbki oraz podatność na uszkodzenia z powodu słabej kontroli powstających wiórów. Bardziej zaawansowaną formą kształtowania gwintów wewnętrznych jest ich wygniatanie. Służą do tego celu tzw. wygniataki które swoją konstrukcją bardzo przypominają gwintowniki z tą różnicą że nie posiadają ostrzy a jedynie wierzchołki oraz kanaliki smarne. Ich praca polega na plastycznym formowaniu gwintu przez co unika się tworzenia wiórów. Wiąże się to z większą stabilnością procesu oraz możliwymi do uzyskania wyższymi parametrami procesu a co za tym idzie wyższą produktywnością. Kolejnym sposobem kształtowania gwintów jest ich frezowanie. Mamy tutaj do dyspozycji szereg narzędzi mniej lub bardziej uniwersalnych pozwalających naciąć niemal każdy gwint. Frezowanie nie jest tak wydajna metodą jak wygniatanie jednak pozwala na największą kontrolę nad procesem i stanowi jego uzupełnienie w przypadkach gdzie nie możemy zastosować wygniataka.

Strategie specjalne

Poza podstawowymi metodami frezowania CNC często konkretna zadanie produkcyjne wymaga zastosowania technik niestandardowych aby usprawnić lub przyspieszyć obróbkę. Pierwszą kategorią takich operacji jest wykonywanie otworów w pełnym materiale. W tym przypadku najbardziej oczywistą metodą jest wiercenie. Jest to najszybsza i najwydajniejsza operacja wykonania otworu jednak nie zawsze się ona sprawdza. Będziemy zmuszeni sięgnąć po alternatywne metody wykonywania otworów choćby w sytuacji gdy przekrój otworu nie jest okrągły. Podobnych sytuacji jest więcej: w przypadku materiałów trudnych do wiercenia ze względu utrudnione na łamanie wióra, w przypadku skrawania przerywanego, gdy wymagane jest wykonanie otworów z płaskim dnem, gdy obrabiarka nie posiada wystarczającej mocy do napędzenia wiertła (w przypadku dużych średnic) lub w przypadku otworu w materiale cienkościennym podatnym na uszkodzenie. W takich przypadkach mamy do dyspozycji cały wachlarz metod takich jak liniowe zagłębianie skośne, frezowanie z przybieraniem osiowym, zagłębianie z interpolacją śrubową, zagłębianie z interpolacją kołową, zagłębianie skośne i inne. Generalnie rzecz biorąc są to strategie polegające na łączeniu jednocześnie ruchu narzędzia w kierunku osiowym Z wraz z ruchami promieniowymi w osiach X i Y. Można w ten sposób skutecznie i wydajnie wybierać materiał z różnego rodzaju otworów, kieszeni i zagłębień gdzie tradycyjne wiercenie się nie sprawdzi. Kolejne strategie specjalne to frezowanie wgłębne oraz frezowanie trochoidalne. Obie te metody pozwalają na zredukowanie promieniowych sił skrawania przez co wpływają na poprawę stabilności procesu. Zostały one szerzej omówione w akapicie na temat frezowania rowków. Do często wykonywanych operacji należą również fazowanie, wykonywanie rowków typu V, usuwanie zadziorów po poprzednich operacjach lub wykonywanie faz pod spoiny spawalnicze. W zależności od typu obrabiarki i konkretnej operacji można te zadania realizować na różne sposoby jednak najczęściej używa się dedykowanych narzędzi do fazowania. Są to narzędzia które mają ostrza ukształtowane pod zadanym kątem i pozwalają wykonać fazowanie często w jednym przejściu.