W tym artykule
Frezarka wykorzystuje wirujący narzędzie skrawające do usuwania materiału z przedmiotu obrabianego. Może ona wypłaszczać powierzchnię, frezować rowek, wykonywać wgłębienie lub kształtować zewnętrzną powierzchnię elementu. Przedmiot obrabiany jest solidnie zamocowany, podczas gdy maszyna kontroluje jego ruch względem narzędzia skrawającego. Ruch może odbywać się stołem, głowicą lub oboma tymi elementami – w zależności od konstrukcji maszyny. Ten podstawowy układ pozwala frezarce wykonywać znacznie więcej niż tylko wiercenie otworów okrągłych.[1][2]
Z pierwszego spojrzenia otwarta frezarka pionowa może przypominać nieco przesadnie dużą wiertarkę: narzędzie u góry, stół na dole i kawałek metalu pomiędzy nimi. Jednak obserwacja frezowania rowka natychmiast ujawnia różnicę: narzędzie nadal się obraca, podczas gdy przedmiot obrabiany przesuwa się w bok pod nim.
Weźmy jako przykład prostą płytkę montażową. Musi ona posiadać cztery otwory pod śruby, płytkie wgłębienie oraz płaskie krawędzie. Śledzenie tych cech ułatwia zrozumienie rzeczywistej funkcji poszczególnych głównych części maszyny.
Główne części frezarki
Nie musisz zapamiętywać każdej pojedynczej składowej opisanej w instrukcji obsługi maszyny. Zacznij od części, które trzymają narzędzie, trzymają przedmiot obrabiany oraz przesuwają je względem siebie. W przypadku zamkniętej frezarki CNC niektóre z tych elementów znajdują się za pokrywami z blachy stalowej, dlatego łatwiej je zrozumieć na uproszczonym schemacie.
Wrzecio trzyma i obraca narzędzie skrawające
Wrzecio to wirujący zespół umieszczony w głowicy maszyny. Trzyma ono narzędzie skrawające za pomocą uchwytu narzędziowego lub oprawki, w zależności od typu maszyny. Narzędzie skrawające to wymienialny element stykający się z materiałem – nie jest to samo wrzecio. Maszyna może np. używać freza czołowego do wykonania wgłębienia, a następnie wymienić je na wiertło lub inne narzędzie.[1]
Ta różnica przydaje się, gdy w warsztacie mówi się o „awarii wrzeciona” lub „zmianie narzędzia”. Pierwszy przypadek dotyczy zespołu maszynowego, drugi może oznaczać jedynie wymianę narzędzia potrzebnego do następnego etapu obróbki.
Stół wspiera przedmiot obrabiany; imak lub przyrząd go mocuje
Przedmiot obrabiany zwykle nie jest mocowany bezpośrednio do gołej blachy stołu. Uchwyt, zaciski lub specjalnie zaprojektowana oprawka zapewniają jego bezpieczne zamocowanie. Oprawka musi wytrzymać siły tnące, nie zakrywając przy tym obszarów, do których narzędzie musi dotrzeć.[3]
W przypadku naszej płyty montażowej uchwyt może chwytać dwie przeciwległe krawędzie. Jednak te krawędzie nie mogą zostać dopiero wtedy obrabione, gdy są ukryte w szczękach uchwytu. Tokarz musi o tym pomyśleć przed rozpoczęciem pracy, a nie odkrywać w połowie procesu, że kolejny przebieg tnący znajduje się za zaciskiem.
Podstawa, kolumna i suwaki zapewniają możliwość ruchu.
Podstawa stanowi podporę całej maszyny, a kolumna — głowicy lub innych ruchomych zespołów. Suwaki i prowadnice ograniczają ruch do przewidzianych kierunków. Siodło (jeśli występuje) to pośredni wózek umieszczony pod stołem. Układ zależy od frezarki; nie każda maszyna ma identyczną konfigurację ruchomych części.
W frezarce typu kolanowego kolano podnosi i opuszcza siodło oraz stół. Gniazdo wrzeciona zapewnia ruch osiowy wrzeciona w obrębie głowicy, natomiast ramka umożliwia przesunięcie głowicy w kierunku kolumny lub od niej. Są to typowe cechy ręcznych frezarek wieżyczkowych, ale nie występują we wszystkich frezarkach. [14]
Te elementy wymagają zarówno sztywności, jak i możliwości ruchu. Narzędzie działa na materiał podczas cięcia. Jeśli narzędzie, oprawka lub przedmiot obrabiany uginają się zbyt mocno, wynikiem mogą być drgania, nieregularna powierzchnia lub cecha geometryczna niezgodna z zamierzeniem.[10]
Sterownik informuje maszynę CNC o tym, dokąd ma się przemieścić.
W przypadku frezarki ręcznej operator steruje ruchami za pomocą pokręteł ręcznych oraz – jeśli są zamontowane – napędzanych podaży. W frezarce CNC (komputerowo-numerycznej kontroli) ruchy wykonują silniki zgodnie z poleceniami programu. Ekran sterownika umożliwia również operatorowi sprawdzanie pozycji, przesunięć, programów oraz stanu maszyny.[4]
Same cyfrowe wyświetlacze pozycji nie czynią frezarki ręcznej maszyną CNC. Mogą pomóc operatorowi w określeniu aktualnej pozycji osi, ale odczytanie pozycji to coś innego niż kontrola przebiegu cięcia przez program.
Automatyczna wymiana narzędzi pozwala operatorowi uniknąć zatrzymywania maszyny przy każdej zmianie narzędzia.
Wiele centrów frezarskich CNC przechowuje kilka narzędzi i automatycznie je wymienia. Nasza płyta montażowa może wykorzystać jedno frezarkę do wykonywania wgłębienia, wiertło do otworów oraz narzędzie do fazowania określonych krawędzi. Maszyna może wywołać każde z tych narzędzi bez konieczności ręcznej jego wymiany przez operatora pomiędzy poszczególnymi operacjami.[5]
Jest to jedna z przyczyn, dla której słyszy się zarówno określenie „frezarka CNC”, jak i „centrum frezarskie”. Centrum frezarskie zwykle łączy sterowanie CNC z automatyczną wymianą narzędzi, umożliwiając wykonywanie kilku operacji w jednym ustawieniu. Te terminy pokrywają się w codziennej rozmowie warsztatowej.
Co się porusza, gdy maszyna rozpoczyna frezowanie?
Istnieją dwa odrębne ruchy: frez się obraca, a maszyna pozycjonuje go względem przedmiotu obrabianego. W typowej trójosiowej frezarce pionowej osie X i Y opisują przemieszczenie w płaszczyźnie powierzchni roboczej, natomiast oś Z przebiega wzdłuż kierunku wrzeciona pionowego. Synchronizacja tych ruchów pozwala frezarce śledzić linię, okrąg lub powierzchnię o zmiennej wysokości.[6][7]
Oto element, który może budzić lekkie zamieszanie: frez może wydawać się nieruchomy w kierunku lewo–prawo, podczas gdy ruch wykonuje stół. Jest to nadal kontrolowany ruch frezowania. W innych konstrukcjach ruch wykonuje głowica lub jest dzielony między głowicę a stół. Istotne jest położenie krawędzi tnącej względem detalu.
Aby wykonać płytkie wgłębienie na płycie, narzędzie musi osiągnąć wymaganą głębokość i przesunąć się po obszarze, który ma zostać usunięty. Aby wywiercić otwór montażowy, przesuwa się ono do miejsca otworu i dokonuje podawania w kierunku wrzeciona. Są to różne zadania wykorzystujące ten sam system pozycjonowania.
Maszyna wymaga również punktu odniesienia dla przedmiotu obrabianego oraz informacji o długości każdego narzędzia. Przesunięcia robocze i przesunięcia narzędziowe zapewniają te powiązania. Nawet całkowicie rozsądny program może wykonać frezowanie w niewłaściwym miejscu, jeśli odniesienia montażowe są błędne.[3]
Aby bliżej przyjrzeć się frezom, ścieżkom narzędzia i kolejności operacji, zobacz jak działa frezowanie CNC.
Ręczne czy CNC? Pionowe czy poziome?
Te etykiety odpowiadają na różne pytania. Ręczne czy CNC informuje o sposobie sterowania ruchem. Pionowe czy poziome określa orientację wrzeciona. Frezarka pionowa nie jest automatycznie CNC, a frezarka CNC nie musi być pionowa.
W frezarce pionowej oś wrzeciona jest ustawiona pionowo. W frezarce poziomej oś wrzeciona jest ustawiona poziomo. Oba typy mogą wykonywać operacje frezowania, ale położenie wrzeciona zmienia sposób prezentacji detalu względem narzędzia.[1] Porównanie frezowania pionowego i poziomego omawia wpływ na montaż i usuwanie wiórków.
Niektóre maszyny dodają osie obrotowe do obracania lub nachylania układu mocowania. Dzięki temu można uzyskać dostęp do kolejnej powierzchni bez wyjmowania detalu z uchwytu. W obróbce 3+2, osie obrotowe pozycjonują detal lub narzędzie przed rozpoczęciem cięcia; w jednoczesnej obróbce pięcioosiowej orientacja może się zmieniać podczas cięcia.[7]
Można również spotkać frezarki bramowe, które mają konstrukcję mostową rozpiętą nad obszarem roboczym. Takie układy stosuje się do dużych detali i szerokich stołów, choć duży platformowy stół może również pomieścić wiele mniejszych części.[8]
Nie traktuj tych nazw jako hierarchii od najprostszej do najlepszej. W przypadku płyty montażowej większość pracy jest dostępna od góry. Dodanie większej liczby osi nie poprawia automatycznie tych cech. Staje się to użyteczne, gdy inna powierzchnia, otwór pod kątem lub układ mocowania sprawia, że dodatkowy ruch jest uzasadniony.
Co można wykonać na frezarce?
Frezarka jest szczególnie przydatna, gdy detal wymaga płaskich powierzchni, wnęk, rowków, stopni lub kształtowanej obrysu. W centrum frezarskim narzędzia do wiercenia, toczenia otworów i gwintowania mogą tworzyć otwory i gwinty równolegle do operacji frezowania. Jedna maszyna może więc wykonywać kilka rodzajów obróbki; nie wszystkie z nich muszą być nazywane frezowaniem.[2][11]
Przykłady obejmują:
- Płyta montażowa lub uchwyt: Płaskie powierzchnie montażowe, wymiary zewnętrzne, rowki oraz położenie otworów.
- Obudowa urządzenia: Wnęki wewnętrzne, gniazda pod pokrywę oraz łatwo dostępne otwory.
- Uchwyt montażowy: Powierzchnie lokalizujące oraz precyzyjnie powiązane otwory do mocowania innych detali.
- Blok prowadzący z tworzywa sztucznego: Kanały, cechy montażowe oraz powierzchnie prowadzące ruchomy element.
- Wkładka kształtowa: Powierzchnie kształtowe uzyskane dzięki zsynchronizowanemu ruchowi narzędzia.
Same kształty nie określają, jak łatwe będzie wykonanie zadania. Otwarta wnęka i głęboka, wąska wnęka to obie wnęki, ale ta głębsza pozostawia narzędziu mniej miejsca i wymaga większego zasięgu.
W naszym przykładzie płyty tokarz może najpierw przygotować powierzchnię odniesienia, następnie wykonać wnękę, wykonać otwory montażowe, a na końcu dopiero przefrezować krawędzie zewnętrzne w kolejnym ustawieniu. Dokładna kolejność zależy od rysunku technicznego oraz sposobu mocowania płyty. Ważne jest zauważenie, że każde cechy wymaga zarówno odpowiedniego narzędzia, jak i dostępu do materiału.
Nasza strona z CNC frezowanych części przedstawia więcej takich kształtów razem.
Jak różni się frezarka od tokarki lub wiertarki?
Najprostszym wskaźnikiem jest główna czynność tnąca. W tradycyjnym toczeniu obrabiany detal obraca się, podczas gdy narzędzie tnące posuwa się w jego kierunku. Takie ułożenie nadaje się do obróbki średnic, stopni i innych cech uporządkowanych wokół obracającego się elementu. W frezowaniu obrotu dostarcza frez. Wałek może wymagać zarówno toczenia (średnic) jak i frezowania (płaskiej powierzchni).[7]
Wiertarka stołowa przesuwa obracający się wiertło w kierunku przedmiotu obrabianego wzdłuż osi wrzeciona. Frezarka umożliwia również kontrolowane przesuwanie narzędzia w poprzek przedmiotu obrabianego, co umożliwia frezowanie boczne. Podobny wygląd otwartej frezarki i wiertarki stołowej nie czyni ich wzajemnie zamienialnymi. Nie zakładaj, że wiertarka stołowa nadaje się do frezowania bocznego; używaj sprzętu i narzędzi przeznaczonych specjalnie do tego rodzaju operacji.
Następnie mamy frezarkę CNC. Frezarki i frezarki mogą obie przesuwać obracające się narzędzie po zaprogramowanych ścieżkach. Wiele frezarek jest zaprojektowanych do pracy z arkuszami materiału, podczas gdy frezarki zwykle obsługują mocowane imadłem bloki oraz komponenty maszynowe. Jednak granica ta nie jest bezwzględna: niektóre maszyny portalowe przecinają zarówno metale, jak i tworzywa sztuczne. Budowa maszyny, wyposażenie narzędziowe oraz charakter zadania mają większe znaczenie niż sama nazwa urządzenia.[8]
Co decyduje o tym, czy frezarka nadaje się do danego przedmiotu?
Rozmiar maszyny to dobry punkt wyjścia, ale stwierdzenie „mieści się na stole” nie wyczerpuje całej odpowiedzi. Układ obróbkowy wymaga także miejsca na imadło lub uchwyty, trzpień narzędziowy oraz przestrzeni potrzebnej do podejścia narzędzia do przedmiotu. W oficjalnych specyfikacjach maszyn podawane są osobno zakresy ruchu osi, odległość od wrzeciona do stołu oraz nośność stołu — i to z ważnego powodu.[9]
Zakres ruchu i luz
Płyta może zmieścić się na stole, podczas gdy konkretna krawędź wychodzi poza dostępny zakres ruchu. Wysoka oprawka może pozostawić za mało miejsca dla długiego wiertła. Traktuj przedmiot obrabiany, oprawkę i narzędzie jako jeden układ, który musi całkowicie zmieścić się w przestrzeni roboczej — nie sprawdzaj wymiarów samego przedmiotu w oderwaniu od reszty układu.
Wrzeciono i warunki cięcia
Maksymalne rpm to tylko jedna ze specyfikacji wrzeciona. Na możliwości maszyny wpływają również moment obrotowy, moc oraz typ połączenia narzędzia. Najwyższa prędkość obrotowa podana w karcie technicznej nie mówi, jak dobrze konkretne narzędzie będzie działać w określonym materiale.[9]
Aluminium, stal nierdzewna i tytan wymagają różnych metod cięcia. Istotne są również stop i stan materiału, dlatego określenie „stal” zazwyczaj nie zawiera wystarczających informacji do zaplanowania obróbki. Nasz katalog materiałów do obróbki zawiera przegląd rodzin materiałów stosowanych na całej stronie.[12]
Podparcie i zasięg narzędzia
Mała część może nadal być trudna w obróbce, jeśli ma cienką ściankę lub głęboką cechę geometryczną. Długie narzędzie jest bardziej narażone na ugięcie, a słabo zamocowany przedmiot obrabiany może drgać. Rozwiązaniem może być zastosowanie innego uchwytu, krótszego narzędzia lub zmiana orientacji przedmiotu — a nie koniecznie większej maszyny.[10]
W przypadku płyty porównaj szerokie, płytkie wgłębienie z tym samym wgłębieniem umieszczonym między cienkimi ściankami. Zewnętrzne wymiary się nie zmieniły, ale zmieniła się dostępna podpora podczas cięcia. Dlatego użyteczna dyskusja na temat obróbki zaczyna się od rysunku, a nie tylko od modelu maszyny.
Kilka najczęstszych pytań
Czy frezarka może wiercić otwory?
Tak. Frezarka lub centrum frezarskie może utrzymywać wiertło i precyzyjnie pozycjonować je w wymaganym miejscu. W zależności od otworu kolejnym narzędziem może być np. rozwiertak lub pogłębiacz, który poszerzy lub wykończy otwór. Wiercenie otworu na frezarce nie zmienia nazwy operacji — nadal jest to wiercenie.[11]
Czy frezarka może wykonać część o kształcie okrągłym?
Tak. Frezarka CNC może tworzyć cechy kołowe poprzez zsynchronizowane sterowanie osiami. Jednak głównie cylindryczny element może być bardziej naturalnie obrabiany na tokarce. Sam kształt okrągły nie rozstrzyga wyboru — należy przeanalizować pozostałe cechy geometryczne oraz sposób zamocowania części.[11]
Czy CNC oznacza, że maszyna działa bez operatora?
Nr. Program automatyzuje wykonywane ruchy, ale nadal ktoś musi przygotować ustawienie, załadować odpowiednie narzędzia, ustalić odniesienia i sprawdzić wykonanie. Cykle automatyczne nie eliminują potrzeby wykwalifikowanej obsługi ani zabezpieczeń maszyny oraz procedur bezpieczeństwa.[13]
Zacznij od detalu, który chcesz wykonać
Gdy już zidentyfikujesz wrzeciono, uchwyty obróbkowe oraz ruch osi, frezarka staje się znacznie łatwiejsza do zrozumienia. W przykładzie płyty montażowej wcięcie wyjaśnia, dlaczego stół i frez muszą poruszać się zsynchronizowanie; otwory wyjaśniają, dlaczego wymienia się narzędzia; a skręcone krawędzie wyjaśniają, dlaczego może być konieczne kolejne ustawienie.
Nie musisz przychodzić z preferowanym modelem maszyny, aby omówić komponent. Rysunek, materiał, ilość oraz jasne wyjaśnienie, z czym ma się łączyć detal, znacznie przyspieszą rozmowę. Gdy będziesz gotowy do omówienia konkretnego komponentu, nasza CNC strona usługi frezowania obejmuje ten kolejny etap.
Źródła i dodatkowe materiały do zapoznania się
Dokumentacja producenta i odniesienia techniczne do powyższych opisów.
[1] Haas Automation — Podręcznik operatora frezarek: Wprowadzenie
[2] Sandvik Coromant — Wiedza o frezowaniu
[3] Haas Automation — Podręcznik operatora frezarek: Przygotowanie detalu
[4] Haas Automation — Podręcznik operatora frezarek: Wyświetlacz sterownika
[5] Haas Automation — Podręcznik operatora frezarek: Zmiana narzędzi typu „parasol”
[6] Haas Automation — Podręcznik operatora frezarek: Programowanie
[7] Autodesk — Fusion dla produkcji: Frezowanie, wieloosiowe obrabianie i toczenie
[8] Haas Automation — Seria frezarek gantry
[9] Haas Automation — VF-2: Specyfikacje techniczne
[10] Sandvik Coromant — Wibracje podczas frezowania
[11] Sandvik Coromant — Frezowanie otworów i wnęk/kieszeni
[12] Sandvik Coromant — Frezowanie różnych materiałów
[13] Haas Automation — Podręcznik operatora frezarek: Bezpieczeństwo
[14] Instrukcja instalacji, obsługi i konserwacji frezarek Bridgeport — serii I
