Fräsen ist ein computergesteuertes numerisches Verfahren (CNC) zur Bearbeitung von Holz, Kunststoffen und Weichmetallen. Die computergesteuerte Bearbeitung von CNC-Routing Sie kann diese Materialien präzise schneiden, bohren und gravieren, um die gewünschten Teile herzustellen. Darüber hinaus sind ihre Fähigkeit zum schnellen Materialabtrag und zur detaillierten Formgebung in bestimmten materialorientierten Anwendungen unverzichtbar.
Lassen Sie uns die einfache Aufschlüsselung durchgehen, einschließlich Was ist CNC-Fräsen?, der Fräsprozess, CNC-Fräsmaschinen, Vorteile, Anwendungen, Grenzen und mehr.
Was ist CNC-Routing?
Die erste Frage in Ihrem Kopf könnte sein: Was ist CNC-Fräsen? Es ist einer der beliebtesten Bearbeitungsansätze in der modernen Fertigung. Wie andere Standards CNC-BearbeitungBeim Routing geht es darum, kompatible Materialien in die gewünschte Form oder Geometrie zu bringen. Der Unterschied liegt jedoch in den Werkzeugen und Fähigkeiten.
Die Fräsmaschine verwendet ein spezielles Werkzeug namens Oberfräse mit rotierendem Bohrer. Dieser Fräser bewegt sich über das Werkstück und folgt dabei den Anweisungen (G-Code) und vorgegebenen Werkzeugwegen, um die Form für die Bearbeitungsvorgänge zu formen. Darüber hinaus sind ein großes CNC-Bett und ein geringer Werkzeugdruck erforderlich. Dadurch eignen sich Routing-Operationen für dünne und große Arbeitsblätter.
Wie funktionieren CNC-Fräsmaschinen?
Die Maschine verfügt über einen Betttisch zum Halten des Materials und eine Spindel zum Halten des CNC-Fräsers. Zuerst werden G-Codes an die CNC-Steuerung gesendet und der Bohrer bewegt sich in die anfängliche Schnittposition. Gleichzeitig stellt der Bediener die Bearbeitungsparameter wie Schnitttiefe, Spindelgeschwindigkeit usw. ein. Anschließend bewegt sich die Spindel auf mehreren Achsen, um das Material abzutragen und die gewünschte Form zu erzeugen, im Allgemeinen die X-Horizontal-, Y-Vertikal-, und Z-Höhe.
Hier fragen Sie sich vielleicht, wie die Oberfräse die Spindel steuert. Die Spindel ist mit mehreren Motoren und Linearführungen verbunden. Während die G-Codes hochgeladen werden, wandelt die Steuerung sie in elektrische Signale um, die diese Motoren und Führungen steuern.
Hier ist der Schritt-für-Schritt-Prozess des CNC-Fräsens:
- 3D Modellierung: Dies ist der erste Schritt. Der Designer erstellte ein detailliertes Modell mit allen Spezifikationen, Merkmalen und Toleranzen.
- G-Code: Die G-Codes werden durch die Verarbeitung des 3D-Modells in einer CAM-Software erhalten. Es enthält alle Bearbeitungsinformationen.
- Maschineneinstellung: Bei der Maschineneinrichtung sind für die gewünschten Ergebnisse geeignete Werkzeugmaschinen und CNC-Fräser erforderlich. Ebenso die Sicherung des Werkstücks im Maschinenbett.
- Nullpositionierung: Das Routerbit wird auf die Startposition gesetzt (0, 0, 0 Referenzierung).
- Bearbeitung: Der Fräser dreht sich mit hoher Drehzahl und beginnt, das Material über den vorgegebenen Weg abzutragen.
- Monitoring: Die Bearbeitung geht bis zur endgültigen Form. Daher bleibt der Prozess unter Beobachtung auf möglichen Werkzeugverschleiß, Präzisionsabweichungen und andere Mängel.
- Oberflächentechnik: Weitere Nachbearbeitungen wie Sandstrahlen, Entgraten und Bürsten werden angewendet, wenn die bearbeitete Oberfläche für Funktionalität oder Ästhetik nicht ausreicht.
- Qualitätskontrolle: Endkontrollen und Messungen stellen sicher, dass die Teile den gewünschten Spezifikationen und Standards entsprechen.
Was sind die Hauptkomponenten einer CNC-Fräse?
Eine CNC-Fräse ist eine komplizierte Maschine. Es besteht aus verschiedenen Komponenten, von denen jede eine einzigartige Rolle und Funktion hat. Die kumulative Wirkung dieser Komponenten vervollständigt den CNC-Fräsprozess.
Im Folgenden sind die sechs Hauptkomponenten aufgeführt:
1. Rahmen und Portal
Der Rahmen ist typischerweise ein Ständer mit Beinen aus hochwertigem Aluminium oder Stahl. Es widersteht der Schnittkraft und dämpft die Vibrationen, wodurch die Maschine steif und stabil wird. Ebenso unterstützt das Portal strukturell die Spindel- und Schneidkopfbewegungen.
2. Tisch oder Bett
Dabei handelt es sich um ebene Flächen mit T-Nuten oder Vakuum-Niederhaltersystemen, die Klemmungen und Vorrichtungen ermöglichen. Somit sind Tische oder Betten für die sichere Platzierung und Halterung der Werkstücke für die Bearbeitung zuständig. Darüber hinaus enthalten die Betten auch Werkzeugwegsensoren oder vereinzelt MDF-Platten.
3. Spindel
Es sind die Komponenten, die beim CNC-Fräsen für die nötige Schnittkraft sorgen. Im Grunde handelt es sich bei der Spindel um eine rotierende Welle, die mit mehreren Motoren, Lagern und Führungssystemen zur Bewegungssteuerung verbunden ist. Es enthält auch eine Spannzange oder ein Spannfutter zum Halten der Schneidwerkzeuge, wie z. B. Fräser, die sich mit der Spindel drehen und bewegen. Anschließend kann es mit einer Geschwindigkeit von rotieren 10,000 bis 20,000 U / min.
4. Schneidwerkzeuge
Die Fräsmaschine ermöglicht den Einsatz verschiedener Schneidwerkzeuge, um komplexe Formen und einzigartige Bearbeitungsanforderungen zu erreichen. Einige Frässätze umfassen V-Bits, Kugel- und Nasenfräser, Bohrer, gerade und bündige Fräser, Spoilboard-Flächer usw.
Jede dieser Werkzeugarten hat unterschiedliche Bearbeitungsanwendungen. Gerade Bits eignen sich beispielsweise für gerade Schnitte und Nuten, während V-Bits für Gravuranwendungen geeignet sind.
5. Achsmotoren
Wie wir wissen, bewegt sich die Spindel für Fräsvorgänge entlang mehrerer Achsen. Achsmotoren erleichtern dies durch ihre präzisen Koordinaten und Bewegungssteuerung. Es gibt zwei Arten von Motoren, die im Achsantrieb verwendet werden: Servo- und Schrittmotoren.
Servomotoren bewegen das Portal und den Spindelmotor basierend auf G-Code-Anweisungen in Richtung ihrer Führungsschienen. Sie nutzen Feedback, um Geschwindigkeit und Position kontinuierlich anzupassen. Im Gegensatz dazu ist der Stepper einfacher und bewegt sich in diskreten Schritten, um Position und Geschwindigkeit zu steuern. Ebenso ist entlang der längeren Achse ein Zahnstangen- und Ritzelsystem angebracht, das die Bewegung der Spindel oder des Portals entlang der X- und Y-Achse ermöglicht.
6. CNC-Steuerung
Eine CNC-Steuerung ist eine elektronische Komponente von CNC-Fräsmaschinen. Es besteht aus einem Steuerprozessor (CPU), Speicher (RAM), Ein- und Ausgangsanschlüssen und einer Ansteuerschaltung. Dieser Controller empfängt die G-Codes und führt sie aus, indem er das elektrische Signal an die Motoren sendet. Daher bewegen sich Motoren (und letztendlich die Spindel), indem sie den Steuerungssignalen folgen.
Gängige Arten von CNC-Fräsern
Es gibt verschiedene Arten von CNC-Fräsmaschinen, je nach Größe, Leistungsfähigkeit und spezifischen Bearbeitungsanwendungen. Allerdings besprechen wir hier die drei Haupttypen: Industrie-, Desktop- und Mehrachsen-Router.
Industrieller Router
Industrieoberfräsen eignen sich aufgrund ihrer leistungsstarken Spindeln für die Schwerlastfertigung. Dies sind die großen und robust gebauten Maschinen, die intensive Routing-Projekte bewältigen. Außerdem benötigen sie mehr Stellfläche als der Hobby-Router oder Desktop-Router. Darüber hinaus sind Industriefräsen in der Holzbearbeitung, Metallverarbeitung, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Schifffahrt für die schnelle und präzise Bearbeitung verschiedener Teile unverzichtbar.
Desktop-Router
Tischfräsen sind effiziente und leistungsstarke CNC-Maschinen, die drei oder mehr Achsen bewegen können. Sie sind jedoch klein und auf Platzeffizienz und Benutzerfreundlichkeit ausgelegt. Aufgrund von Leistungseinschränkungen können diese Router schweres industrielles Routing nicht bewältigen. Eine Desktop-CNC-Fräse ist jedoch ideal für kleine Unternehmen, Heimwerkstätten und Heimwerker-Fräser.
Mehrachsige CNC-Fräsmaschinen
Für komplexe Bearbeitungen gibt es Oberfräsen mit unterschiedlichen Achsfähigkeiten. Diese Maschinen verfügen über 3-, 4- oder 5-Achsen-Bewegungsfähigkeiten, in manchen Fällen sogar mehr als 5. Mit zunehmender Anzahl der Achsbewegungen können Maschinen komplexere und genauere Teile herstellen. Dennoch hängt die Auswahl von der Komplexität, den Toleranzen und dem Werkstückmaterial ab.
Vorteile und Einschränkungen des CNC-Fräsens
Der erste wesentliche Vorteil des CNC-Fräsens ist die schnelle und genaue Bearbeitung weicher Materialien. Lassen Sie uns die einfachen Vorteile und Einschränkungen besprechen.
Vorteile
- Es kann eine Präzision von etwa ± 0.0025 mm erreichen und ist herkömmlichen Handoberfräsen weit voraus.
- Die große Größe des Fräsbettes ermöglicht die Bearbeitung großer Bleche oder Werkstücke.
- Fortschrittliche Werkzeuge wie ATC-Fräser ermöglichen den automatischen Wechsel der CNC-Fräser während des Betriebs und verkürzen so die Zykluszeit.
- Das Routing bietet eine hervorragende Wiederholgenauigkeit. Es können konsistent identische komplexe Formen erstellt werden.
- Es ist kostengünstig und kann komplexe Formen aus kompatiblen CNC-Materialien erstellen.
Einschränkungen
- Auch die CNC-Fräsmaschine weist einige Einschränkungen auf. Harte Materialien wie Stahl und Titan können nicht bearbeitet werden.
- Die Größe des CNC-Bettes begrenzt die Werkstückgröße und Konstruktionsänderungen erfordern zu viel Zeit.
- Aufgrund des Vakuumsystems kann die Oberfräse laut sein.
Materialien für den CNC-Fräsprozess
Da das Fräsen ein bevorzugtes Bearbeitungsverfahren für weiche Materialien ist, könnte man meinen, dass es mit weniger kompatibel ist CNC-Bearbeitungsmaterial Optionen. Im Gegenteil, die Oberfräse kann verschiedene Kunststoffe, Hölzer sowie einige Verbundwerkstoffe und Metalle bearbeiten. Lediglich für Metalle und Legierungen mit hoher Härte ist es ungeeignet.
Im Folgenden finden Sie die Materialien für den Routing-Prozess.
- Hölzer (weich, hart und schichtig)
- Acrylic
- Polyethylen hoher Dichte (HDPE)
- Polycarbonate
- Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
- Polyvinylchlorid (PVC)
- Aluminium und seine Legierungen (2024, 6061, 6062, 7075 usw.)
- Messing
- Kupfer
- Stahl
- Glasfaserkunststoff
Anwendungen von CNC-Frästeilen
Dank der fortschrittlichen Bearbeitungsmöglichkeiten und der vielfältigen Materialpalette ist der CNC-Fräsprozess in vielen Bereichen anwendbar, z. B. in der CNC-Holzverarbeitung, in der Metallformung und -gravur, in der Beschilderung, im Formenbau usw.
Es fertigt aufwendige Möbel und maßgeschneiderte Holzarbeiten, 3D-Beschilderungen und gravierte Plaketten für Unternehmen und Veranstaltungen. Anschließend werden für Musikinstrumente CNC-Frästeile verwendet, beispielsweise Gitarrenkorpusse und Trommelkessel. In der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie ist es eine beliebte Methode zum schnellen Prototyping mehrerer Komponenten.
Darüber hinaus sind Fräserteile auch bei der Herstellung von Formen, Architekturmodellen, Leiterplatten, Schiffsanwendungen, Vorrichtungen und Vorrichtungen, elektronischen Gehäusen usw. wertvoll.
CNC-Fräsen vs. Fräsen: Was sind die Unterschiede?
| Eigenschaften | CNC-Fräsen | CNC Fräsen |
| Zusammen Arbeiten | Eine Spindel bewegt sich entlang der X-, Y- und Z-Achse mit einem rotierenden Fräser, der das Material entfernt. | Die Spindel bewegt sich entlang mehrerer Achsen (drei oder mehr) mit einem Schneidwerkzeug mit hoher Schnittkraft zum Materialabtrag. |
| Steifheit | Fräsmaschinen sind weniger steif als Fräsmaschinen. | Der robuste Rahmen und die Struktur von CNC-Fräsmaschinen machen sie sehr steif. |
| Schnelligkeit | Die CNC-Fräsmaschine arbeitet mit hoher Geschwindigkeit. | Niedrigere bis mittlere Schnittgeschwindigkeiten |
| Materialeigenschaften | Holz, Kunststoffe, Schaumstoff und einige weiche Metalle und Verbundwerkstoffe. | Nahezu jedes CNC-Material, von Kunststoff über Hartmetall bis hin zu Legierungen. |
| Schnittkraft | Geringe bis mittlere Schnittkräfte | Hohe Schnittkräfte |
| Präzision | Hervorragende Präzision bei der materialspezifischen Bearbeitung mit einer Toleranz von nur ± 0.0025 mm. | Mehr als nur Fräsen, enge Toleranzen für komplexe und detaillierte Designs. |
| Komplexität | Eher für die Bearbeitung großer Mengen als für komplexe Bearbeitungen geeignet. | Beim Fräsen werden komplexe und detaillierte Projekte bearbeitet. |
| Werkzeugoptionen | Gerade Bits, Bündigfräser, Rundfräser, V-Nuten usw. | Vielfältige Werkzeugmaschinenoptionen wie Fräsen, Schaftfräser, Planfräser, Bohrer, Fasenwerkzeuge, Kugelfräser usw. |
| Kosten | Sehr kostengünstig | Teurer als Routing |
Vergleich von Router und Spindel: Was Sie wissen müssen
Der Fräser und die Spindel dienen beide einem ähnlichen Zweck. Sie weisen jedoch Unterschiede in der Leistung und den Anwendungen auf. Die Spindel arbeitet mit hohem Drehmoment und niedriger Schnittgeschwindigkeit. Umgekehrt ist das Fräsen mit einem geringen Drehmoment und einer sehr hohen Schnittgeschwindigkeit verbunden. Als Nächstes beträgt der Rundlauf einer Spindel 0.0002 Zoll oder weniger, während er bei einer Oberfräse zwischen 0.0010 und 0.0015 Zoll liegt. Quelle.
Die Oberfräse eignet sich für die Herstellung von Möbeln, Gravuren, Kunst, Kunststoff- und Weichmetallteilen sowie Prototypen. Andererseits ist die Hochgeschwindigkeitsspindel die bessere Wahl für schwere Industrieanwendungen. Daher erfordert die Wahl zwischen Oberfräse und Spindel die Berücksichtigung einiger Auswahlkriterien. Diese Kriterien sind Werkstückmaterial, Präzision, Komplexität, Kosten, Arbeitsvolumen usw.
Wie starte ich das CNC-Fräsen?
Der Beginn der CNC-Fräsbearbeitung erfordert die sorgfältige Ausführung mehrerer Schritte. Bevor Sie beginnen, müssen Sie über ein 3D-Modell des gewünschten Teils in einem kompatiblen Format wie STEP, STL und DXF verfügen. Dann sind hier die Schritte chronologisch:
- Aktivieren Sie die CNC-Steuerung, die Fernbedienung, das Bett/den Tisch und den Staubsammler.
- Wählen Sie den passenden CNC-Fräser und befestigen Sie ihn an einer Spannzange oder einem Spannfutter.
- Legen Sie das Werkstück auf den Tisch, indem Sie die Vakuumzonen anpassen.
- Positionieren Sie das Bit an der Anfangsposition und stellen Sie die Koordinaten auf 0, 0, 0 ein.
- Legen Sie die CAD/CAM-Datei in die Steuerung ein und führen Sie das Programm aus.
- Überwachen Sie den Prozess kontinuierlich bis zum Ende.
Kann ich beliebige Fräser für CNC-Fräsmaschinen verwenden?
Natürlich nicht. Für CNC-Fräsmaschinen können Sie keine Fräser verwenden. Welches Bit verwendet werden soll, hängt davon ab, welches Routing zur Maschine geht. Jeder Typ von CNC-Fräser verfügt über spezifische Materialkompatibilität und Bearbeitungsmöglichkeiten. Beispielsweise können Sie für detaillierte Holzgravuren V-Bits verwenden, mit geraden Bits ist dies jedoch nicht möglich.
Daher sollten Sie je nach Arbeitsmaterial und gewünschtem Ergebnis den richtigen Bohrer auswählen. Andernfalls werden Toleranz, Geschwindigkeit und Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigt. Manchmal kann eine falsche Werkzeugbestückung auch das Werkstück und das Werkzeug selbst beschädigen. Hier ist es am besten, sich von einem Experten beraten zu lassen, um den richtigen Fräser für das jeweilige Projekt auszuwählen.
Fazit
Die CNC-Fräsbearbeitung wandelt die Entwürfe in physische Teile mit genauen Spezifikationen um. Es bietet Präzision und Wirtschaftlichkeit bei der Bearbeitung jedes geeigneten Materials. Allerdings entscheiden die Auswahl der richtigen Werkzeuge und Parameter, der Einsatz fortschrittlicher Ausrüstung und die Fähigkeiten des Bedieners über das Endergebnis.
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