Spis treści:
- 1 CNC – co to je a k čemu se používá
- 2 CNC – počítačem řízené obrábění
- 3 Co je to CNC?
- 4 CNC obrábění a aditivní výroba
- 5 Kroky CNC obrábění
- 6 Konstrukce pro CNC obrábění
- 7 Rozměrové tolerance při CNC obrábění
- 8 Kompatibilita návrhu se softwarem CNC stroje
- 9 Nastavení CNC stroje a zahájení obrábění
- 10 Nejčastěji používané metody CNC obrábění
- 11 Kompaktní CNC obráběcí stroje
- 12 Materiály používané při CNC obrábění
- 13 Další procesy CNC obrábění
CNC – co to je a k čemu se používá
Klikové pístnice pro automobilové motory, ruční nářadí, přesné mechanické komponenty a četné více či méně nestandardní detaily – dnes vítejte ve světě CNC!CNC – počítačem řízené obrábění
V tomto článku jsou popsány klíčové problémy technologie CNC.Co je to CNC?
CNC je zkratka pro “Computer Numerically Controlled” neboli “počítačové číslicové řízení”. CNC obrábění je subtraktivní výrobní proces, který obvykle využívá počítačové řízení a obráběcí stroje k odstraňování vrstev materiálu z polotovaru a k výrobě dílu navrženého na míru. Tento proces je vhodný pro širokou škálu materiálů, včetně kovů, plastů, dřeva, skla, pěny a kompozitů, a používá se v různých průmyslových odvětvích, jako je velkoplošné CNC obrábění, obrábění dílů a prototypů pro telekomunikace a CNC obrábění dílů pro letecký a automobilový průmysl, které vyžadují přísnější tolerance než jiná odvětví.
Je třeba poznamenat, že CNC obrábění by se nemělo zaměňovat s CNC strojem – jedno je proces a druhé je stroj. CNC stroj je programovatelné zařízení, které je schopno samostatně provádět CNC obráběcí operace podle algoritmu nahraného do paměti programu. CNC obrábění jako výrobní proces a služba je k dispozici po celém světě.
CNC obrábění a aditivní výroba
Subtraktivní výrobní procesy, jako je CNC obrábění, jsou často prezentovány v kontrastu s aditivními výrobními procesy, jako je 3D tisk nebo výrobní procesy zahrnující vstřikování kapalin. Zatímco subtraktivní procesy odstraňují vrstvy materiálu z obrobku a vytvářejí tak vlastní tvary a konstrukce, aditivní procesy spojují vrstvy materiálu a vytvářejí požadovaný tvar a formátovací procesy deformují a posouvají výchozí materiál do požadovaného tvaru. Automatizovaná povaha CNC obrábění umožňuje vysoce přesnou výrobu a zajišťuje nákladovou efektivitu pro jednorázové a středně velké výrobní série. Ačkoli CNC obrábění vykazuje některé výhody oproti jiným výrobním procesům, úroveň dosažitelné složitosti a komplikovanosti konstrukce dílů a nákladová efektivita výroby složitých dílů je omezená.
Kroky CNC obrábění
CNC obrábění se vyvinulo z číslicově řízeného obrábění, při kterém se používaly děrné štítky. Využívá počítačové řízení k ovládání strojů a řezných nástrojů, které tvarují výchozí materiál – např. kov, plast, dřevo, pěnu, kompozit atd. – do podoby zakázkových dílů. Ačkoli proces CNC obrábění nabízí různé možnosti a operace, základní principy procesu zůstávají vesměs stejné. Základní proces CNC obrábění zahrnuje následující kroky:
- vytvoření návrhu pro CNC obrábění,
- převod souboru CAD do programu CNC,
- příprava CNC stroje,
- provedení procesu obrábění.
Konstrukce pro CNC obrábění
Proces CNC obrábění začíná vytvořením projektu CAD 2D nebo 3D vektorů pevných dílů, a to buď vlastními silami, nebo prostřednictvím servisní společnosti CAD/CAM. Software pro počítačem podporované navrhování (CAD) umožňuje konstruktérům a výrobcům vytvořit model nebo render svých dílů a výrobků spolu s nezbytnými technickými specifikacemi, jako jsou rozměry a geometrie. Návrhy dílů obráběných na CNC strojích jsou omezeny možnostmi CNC stroje a fyzickým vybavením. Například většina CNC obráběcích strojů je válcových – geometrie dílů jsou omezené, protože nástroje vytvářejí zakřivené rohové úseky. Kromě toho vlastnosti materiálu obrobku, konstrukce nástroje a upínací schopnosti obráběcího stroje dále omezují možnosti konstrukce, jako je minimální tloušťka dílu, maximální velikost dílu a zahrnutí a složitost vnitřních dutin a prvků. Jakmile je návrh CAD dokončen, konstruktér jej exportuje do formátu souboru kompatibilního s CNC (STEP nebo IGES).
Rozměrové tolerance při CNC obrábění
Při zadávání dílů pro strojírenskou dílnu je důležité vzít v úvahu všechny potřebné tolerance. Ačkoli jsou CNC stroje velmi přesné, stále ponechávají malé rozdíly mezi duplikáty stejného dílu, obvykle kolem 0,005″ (0,127 mm), což je zhruba dvojnásobek tloušťky lidského vlasu. V zájmu úspory nákladů by kupující měli specifikovat tolerance pouze v těch oblastech dílu, které budou muset být obzvláště přesné, protože budou v kontaktu s jinými díly. Ačkoli existují standardní tolerance pro různé úrovně obrábění, ne všechny tolerance jsou stejné. Například pokud díl absolutně nemůže být větší než naměřená hodnota, může mít specifikovanou toleranci +0,0/-0,5 – v této oblasti může být o něco menší, ale ne větší.
Naformátovaný návrhový soubor CAD projde programem, obvykle softwarem pro počítačem podporovanou výrobu (CAM), který z něj vytáhne geometrii dílu a vygeneruje digitální programový kód, který bude řídit stroj CNC a manipulovat s nástroji pro výrobu nestandardního dílu. Stroje CNC používají několik programovacích jazyků, včetně G-kódu a M-kódu. Nejznámější z programovacích jazyků CNC, obecný nebo geometrický kód, označovaný jako G-kód, řídí, kdy, kde a jak se obráběcí nástroje pohybují po obrobku, např. kdy se mají zapnout nebo vypnout, jak rychle mají postupovat do určitého místa, jaké dráhy mají zvolit atd. Kód různých funkcí, označovaný jako M-kód, řídí pomocné funkce stroje, např. automatické sejmutí a výměnu ochranného krytu stroje na začátku, resp. na konci výroby. Po vygenerování programu CNC jej obsluha vloží do stroje CNC.
Nastavení CNC stroje a zahájení obrábění
Před spuštěním CNC programu musí být CNC stroj připraven k provozu. Tyto přípravy zahrnují přímé upnutí obrobku do stroje, na vřetena stroje nebo do svěráků či podobných držáků a připevnění požadovaných nástrojů, jako jsou vrtáky a prstové frézy, k příslušným částem stroje. Po úplném nastavení stroje může obsluha spustit program CNC. Program CNC funguje jako instrukce pro stroj CNC – vysílá příkazy, které diktují činnosti a pohyby nástrojů, do integrovaného počítače stroje, který nástroje obsluhuje a manipuluje s nimi. Spuštění programu dává CNC stroji pokyn k zahájení procesu CNC obrábění a program vede stroj celým procesem a provádí potřebné strojní operace k výrobě zakázkového dílu nebo výrobku. Procesy CNC obrábění lze provádět ve vlastní režii – pokud společnost investuje do pořízení a údržby vlastního CNC vybavení – nebo je lze zadat specializovaným společnostem, které poskytují služby CNC obrábění.
Nejčastěji používané metody CNC obrábění
CNC obrábění je výrobní proces vhodný pro mnoho průmyslových odvětví, včetně automobilového, leteckého, stavebního a zemědělského, a umožňuje výrobu široké škály výrobků, jako jsou automobilové rámy, chirurgické přístroje, letecké motory, ozubená kola, ruční nářadí a zahradní nářadí. Tento proces zahrnuje několik různých počítačem řízených obráběcích operací, včetně mechanických, chemických, elektrických a tepelných procesů, které z obrobku odebírají potřebný materiál pro výrobu dílu nebo výrobku na míru.
CNC obrábění – vrtání
Vrtání je obráběcí proces, který využívá vícebodové vrtáky k vytváření cylindrických otvorů v obrobku. Při CNC vrtání obvykle CNC stroj přivádí rotující vrták kolmo k rovině povrchu obrobku, čímž vznikají vertikálně vyrovnané otvory o průměru rovném průměru vrtáku. Operace úhlového vrtání však lze provádět také pomocí specializovaných konfigurací strojů a upínacích zařízení. Provozní možnosti vrtání zahrnují zahlubování, vystružování a závitování.
CNC obrábění – frézování
Frézování je obráběcí proces, při kterém se k odebírání materiálu z obrobku používají rotující vícebodové řezné nástroje. Při frézování CNC stroj obvykle přivádí obrobek k řeznému nástroji ve stejném směru, jako je rotace řezného nástroje, zatímco při ručním frézování stroj přivádí obrobek v opačném směru, než je rotace řezného nástroje. Mezi provozní možnosti frézování patří čelní frézování – řezání mělkých ploch s rovným dnem a dutin v obrobku a obvodové frézování – řezání vybrání, jako jsou drážky a závity, v obrobku.
CNC obrábění – soustružení
Soustružení je obráběcí proces, při kterém se k odebírání materiálu z rotujícího obrobku používají jednobodové řezné nástroje. Při CNC soustružení stroj – obvykle CNC soustruh – posouvá řezný nástroj lineárním pohybem po povrchu rotujícího obrobku a odstraňuje materiál po celém obvodu, dokud není dosaženo požadovaného průměru, a vyrábí tak válcové součásti, jako jsou drážky, kužely a závity. Operační možnosti soustružení zahrnují vyvrtávání, hoblování, drážkování a řezání závitů. Frézování s rotačními řeznými nástroji funguje lépe pro složitější díly. Soustruhy s rotačními obrobky a pevnými řeznými nástroji však fungují nejlépe pro rychlejší a přesnější vytváření kruhových dílů.
CNC obrábění – dokončovací práce
CNC soustruhy zahrnují soustružnickou soupravu s polotovarem (plechem nebo trubkou), který se otáčí vysokou rychlostí, zatímco kovový rotující válec dává obrobku požadovaný tvar. V procesu “za studena” CNC soustružení formuje předem vytvarovaný kov – tření soustruhu při kontaktu s válcem vytváří sílu potřebnou k tvarování dílu.
Šroubové obrábění – přesnost se švýcarskou precizností
Švýcarské obrábění, známé také jako švýcarské šroubové obrábění, využívá specializovaný typ soustruhu, který umožňuje obrobku pohybovat se dopředu a dozadu,a otáčet se, což umožňuje menší tolerance a lepší stabilitu při řezání. Obrobky jsou řezány těsně vedle přídržného pouzdra, a nikoliv dále od něj. To umožňuje menší namáhání vyráběného dílu. Švýcarské obrábění je nejvhodnější pro malé díly ve velkém množství, jako jsou hodinkové šrouby, a pro aplikace s kritickými tolerancemi přímosti nebo soustřednosti.
Kompaktní CNC obráběcí stroje
Společnosti specializující se na výrobu strojů CNC často nabízejí řadu menších, lehkých strojů. Miniaturní CNC stroje jsou sice pomalejší a méně přesné, ale dobře si poradí s měkkými materiály, jako je plast a pěna. Jsou také vhodnější pro menší díly a střední výrobní série. Stolní stroje budou lépe fungovat pro malé výrobní série a výrobu prototypů. Například stolní CNC soustruh, který má dvě osy a dokáže zpracovat díly o průměru až šest palců, bude užitečný pro vytváření šperků a jiných miniaturních předmětů s požadavkem na vysokou přesnost výroby. Mezi další oblíbené stolní CNC stroje patří laserové řezačky a frézky velikosti plotru.
Materiály používané při CNC obrábění
CNC obrábění je vhodné pro různé technické materiály, jako jsou:
- kovy,
- plasty,
- dřevo,
- styrodur,
- kompozity.
Výběr optimálního materiálu pro použití v CNC výrobě závisí do značné míry na konkrétní výrobní aplikaci a jejích specifikacích. Většinu materiálů lze obrábět za předpokladu, že vydrží proces obrábění, tj. mají dostatečnou tvrdost, pevnost v tahu, pevnost ve smyku a chemickou a teplotní odolnost. Pro stanovení optimální řezné rychlosti, řezného posuvu a hloubky řezu je třeba vzít v úvahu typ materiálu obrobku a jeho fyzikální vlastnosti. Řezná rychlost, měřená ve stopách plochy za minutu, označuje rychlost, kterou obráběcí stroj řeže do obrobku nebo odebírá materiál z obrobku. Rychlost posuvu – měřená v palcích za minutu – je mírou rychlosti, s jakou je obrobek do obráběcího stroje přiváděn, a hloubka řezu je hloubka, do které se řezný nástroj zařezává do obrobku. Obvykle obrobek nejprve projde počáteční fází, kdy je zhruba opracován do přibližného, na míru upraveného tvaru a rozměrů, a poté přejde do dokončovací fáze, kdy následují pomalejší posuvy a menší hloubky řezu, aby se dosáhlo přesnějších a důkladnějších specifikací.
Další procesy CNC obrábění
Přestože obrábění CNC vykazuje oproti jiným výrobním postupům výhody, nemusí být vhodné pro každou výrobní aplikaci a jiné postupy mohou být nákladově efektivnější. V tomto článku se zaměříme na mechanické procesy CNC obrábění, které využívají obráběcí stroje k výrobě zakázkového dílu nebo výrobku, ale CNC řízení lze integrovat do různých strojů. Mezi další mechanické CNC obráběcí procesy patří obrábění ultrazvukem, řezání vodním paprskem a obrábění abrazivním paprskem. Kromě mechanických procesů jsou k dispozici také chemické, elektrochemické a tepelné obrábění. Chemické obrábění zahrnuje chemické frézování, děrování a gravírování; elektrochemické obrábění zahrnuje elektrochemické odstraňování otřepů a broušení; a tepelné obrábění zahrnuje obrábění elektronovým paprskem, řezání laserem, řezání plazmovým obloukem a obrábění elektrickým výbojem.
