Zanurz się w technologii CNC: Mechanika Operacyjna & Analiza kosztów

Szybkie wprowadzenie do technologii CNC

CNC (Komputerowe sterowanie numeryczne) Technologia jest kamieniem węgielnym nowoczesnej produkcji, umożliwiając precyzyjne, zautomatyzowane procesy obróbki w różnych gałęziach przemysłu.

Mechanizmy technologii CNC oparte są na technologii X, Y, i osie Z. Narzędzie pozycjonowane jest za pomocą silników krokowych lub serwo,

który działa na ruchy w oparciu o kod uzyskany z oryginalnego modelu 3D części, którą chcesz utworzyć – zwany G-kodem.

Sterowanie numeryczne opisuje szybkość poruszania się wrzeciona (część obrotowa, która obraca uchwyt narzędziowy), w jakim kierunku się poruszać,

jakiego narzędzia użyć (jeśli maszyna korzysta z wielu narzędzi i może się między nimi przełączać), a także inne czynniki, takie jak użycie chłodziwa.

Jak działa obróbka CNC?

CNC (Komputerowe sterowanie numeryczne) obróbka polega na tłumaczeniu danych projektowych z projektowania wspomaganego komputerowo (CHAM) pliki na zakodowane polecenia zrozumiałe dla sterownika maszyny.

Polecenia te instruują obrabiarki, gdzie i jak szybko mają się poruszać.

The Obróbka CNC Proces: Od CAD po części

Proces ten składa się z kilku etapów:

• Projekt: Tworzenie specyfikacji części za pomocą oprogramowania CAD.
• Konwersja: Przekształcenie projektu w kod G poprzez CAM (Produkcja wspomagana komputerowo) oprogramowanie.
• Organizować coś: Przygotowanie maszyny, konfigurowanie ścieżek narzędzi, i zamocowanie przedmiotu obrabianego na miejscu.
• Obróbka: Wykonanie zaprogramowanego kodu G na materiale.
• Przetwarzanie końcowe: Wykończenia, takie jak gratowanie i obróbka powierzchni.

Obróbka CNC Materiale

1. Metale w obróbce CNC

Metale należą do najczęściej obrabianych materiałów ze względu na ich wytrzymałość, trwałość, i zakres właściwości. Oto zestawienie najczęściej używanych metali:

Aluminium

• Właściwości: Lekki, odporny na korozję, i łatwy w obróbce. Zapewnia dobrą równowagę siły i wagi.
• Aplikacje: Komponenty lotnicze, części samochodowe, obudowy elektroniki, i wyroby medyczne.
• Popularne stopy: 6061, 7075, I 2024 aluminium.

Stal nierdzewna

• Właściwości: Wysoka odporność na korozję, ciepło, i nosić, dzięki czemu jest trwały nawet w trudnych warunkach.
• Aplikacje: Sprzęt do przetwarzania żywności, instrumenty medyczne, pojemniki na chemikalia, i części samochodowe.
• Popularne stopnie: 304, 316, I 17-4 PH.

Tytan

• Właściwości: Wyjątkowy stosunek wytrzymałości do masy, odporność na korozję, i odporność na wysoką temperaturę.
• Aplikacje: Komponenty lotnicze, implanty medyczne, i części samochodowe.
• Popularne stopnie: Stopień 2 (komercyjnie czysty) i Ti-6Al-4V (stop).

Mosiądz

• Właściwości: Łatwy w obróbce, o dobrej wytrzymałości i odporności na korozję. Mosiądz ma również doskonałą przewodność elektryczną.
• Aplikacje: Elementy elektryczne, armatura, i elementy dekoracyjne.
• Popularne stopy: C360 (Mosiądz swobodny).

Miedź

• Właściwości: Doskonała przewodność elektryczna i cieplna, dzięki czemu idealnie nadaje się do elementów elektronicznych.
• Aplikacje: Złącza elektryczne, radiatory, i grzejniki.
• Popularne stopy: C110 (czysta miedź) i C182 (chrom, miedź).

Inconel

• Właściwości: Nadstop znany ze swojej odporności na ekstremalne temperatury i wysokie naprężenia bez deformacji i korozji.
• Aplikacje: Komponenty lotnicze i turbin gazowych, zastosowania morskie, i wymienniki ciepła.
• Popularne stopnie: Inconel 718 i Inconel 625.

2. Tworzywa sztuczne w obróbce CNC

Do obróbki CNC często wybiera się tworzywa sztuczne, gdy są lekkie, wymagana jest odporność chemiczna lub izolacja elektryczna. Powszechnie stosowane tworzywa sztuczne obejmują:

ABS (Akrylonitryl-butadien-styren)

• Właściwości: Mocny, trudny, i odporny na uderzenia. ABS jest łatwy w obróbce i szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu.
• Aplikacje: Komponenty samochodowe, produkty konsumenckie, i obudowy elektroniki.

POM (Polioksymetylen lub acetal)

• Właściwości: Wysoka sztywność, niskie tarcie, i doskonałą stabilność wymiarową.
• Aplikacje: Przekładnie, namiar, i części precyzyjne wymagające niskiego tarcia.

Nylon

• Właściwości: Wysoka wytrzymałość i elastyczność przy doskonałej odporności na zużycie.
• Aplikacje: Części mechaniczne, takie jak koła zębate, namiar, i tuleje.

ZERKAĆ (Keton polieterowo-eterowy)

• Właściwości: Wysoka wytrzymałość mechaniczna, odporność chemiczna, i stabilność termiczna, co czyni go jednym z najtrwalszych tworzyw sztucznych.
• Aplikacje: Lotnictwo, medyczny, i komponenty samochodowe, jak również elementy izolacji elektrycznej.

PTFE (Politetrafluoroetylen lub teflon)

• Właściwości: Niskie tarcie, odporność chemiczna, i odporność na wysoką temperaturę.
• Aplikacje: Uszczelki, uszczelki, i powłoki nieprzywierające.

HDPE (Polietylen o dużej gęstości)

• Właściwości: Wytrzymały, lekki, i wysoce odporny na uderzenia i wilgoć.
• Aplikacje: Czołgi, rurociąg, i deski do krojenia.

3. Kompozyty w obróbce CNC

Kompozyty są coraz częściej stosowane w obróbce CNC ze względu na ich wysoki stosunek wytrzymałości do masy, odporność na korozję, i trwałość. Niektóre popularne materiały kompozytowe obejmują:

Polimery wzmocnione włóknem węglowym (CFRP)

• Właściwości: Niezwykle silny, lekki, i odporny na korozję. Włókno węglowe jest często stosowane w zastosowaniach, w których krytyczna jest zarówno wytrzymałość, jak i redukcja masy.
• Aplikacje: Komponenty lotnicze, sprzęt sportowy, i części samochodowe.

Polimery wzmocnione włóknem szklanym (GRP)

• Właściwości: Wysoka wytrzymałość i sztywność przy doskonałej odporności na korozję.
• Aplikacje: Łopaty turbin wiatrowych, części samochodowe, i materiały budowlane.

4. Ceramika w obróbce CNC

Chociaż rzadziej, Ceramikę wykorzystuje się ze względu na jej wyjątkową twardość, odporność na ciepło, i odporność na korozję. Materiały te są często wybierane do zastosowań specjalistycznych:

Glinka (Tlenek glinu)

• Właściwości: Niezwykle twardy i odporny na zużycie, ciepło, i korozja.
• Aplikacje: Narzędzia tnące, izolatory elektryczne, i wyroby medyczne.

Cyrkonia (Dwutlenek cyrkonu)

• Właściwości: Doskonała wytrzymałość, izolacja termiczna, i odporność na zużycie.
• Aplikacje: Implanty dentystyczne, narzędzia tnące, i komponenty wysokotemperaturowe.

Ile kosztuje obróbka CNC?

Na koszty obróbki CNC wpływa wiele czynników, łącznie z wyborem materiału, złożoność projektu, czas obróbki, wybór obrabiarki, wielkość produkcji, koszty pracy, koszty pośrednie, oraz złom i przeróbka.

Koszty materiałów

Rodzaj i koszt materiałów znacząco wpływają na koszty obróbki CNC.

Stopy o wysokiej wydajności, takich jak tytan lub stal nierdzewna, są zazwyczaj droższe niż tworzywa sztuczne lub bardziej miękkie metale.

Dodatkowo, obrabialność materiału wpływa na koszty, ponieważ trudniejsze w obróbce materiały mogą wymagać więcej czasu i zasobów.

Złożoność projektu

Złożoność projektu części bezpośrednio wpływa na koszty obróbki. Złożone geometrie, rygorystyczne wymagania dotyczące tolerancji,

a specjalne cechy konstrukcyjne mogą wymagać zaawansowanych technik obróbki i specjalistycznych narzędzi, zwiększając w ten sposób koszty.

Czas obróbki

Czas obróbki, który obejmuje rzeczywisty czas skrawania i czas przezbrajania w przypadku zmian i konfiguracji narzędzi, przyczynia się do kosztów.

Dłuższy czas obróbki prowadzi do wyższych kosztów. Optymalizacja procesu obróbki i zwiększenie wydajności produkcji może obniżyć koszty.

Narzędzia maszynowe

Dobór i zarządzanie obrabiarkami znacząco wpływa na koszty. Koszt narzędzi skrawających, ich żywotność, i częstotliwość wymiany wpływają na całkowite koszty obróbki.

Właściwy dobór i konserwacja narzędzi mają kluczowe znaczenie dla kontroli kosztów.

Objętość i wielkość partii

Produkcja wielkoseryjna może obniżyć koszty jednostkowe, ponieważ stałe koszty konfiguracji rozkładają się na więcej części.

Produkcja małych partii może skutkować wyższymi kosztami jednostkowymi ze względu na proporcjonalnie większy wpływ czasu przezbrajania.

Koszty pracy

Zarobki wykwalifikowanych operatorów i inżynierów stanowią część kosztów obróbki CNC. Operacje pracochłonne lub części o złożonych wymaganiach mogą wiązać się z dodatkowymi kosztami pracy.

Koszty pośrednie

Koszty pośrednie związane z obróbką CNC, takie jak wydatki na obiekt, narzędzia, i koszty administracyjne, wpływają również na koszt całkowity.

Złom i przeróbka

Skuteczne procesy kontroli i inspekcji jakości mogą zminimalizować liczbę złomów i poprawek, co prowadzi do oszczędności.

Jak zmniejszyć/zaoszczędzić koszty obróbki CNC？

Obniżenie kosztów w obróbce CNC wiąże się z optymalizacją różnych aspektów od projektu po wykonanie.

Oto kluczowe strategie pomagające skutecznie zarządzać kosztami obróbki CNC i zmniejszać je:

• Zoptymalizuj projekt, aby zminimalizować złożoność: Na etapie projektowania, unikaj elementów takich jak cienkie ściany, głębokie ubytki, i ostre narożniki pod kątem 90 stopni, co może zwiększyć trudność i koszty obróbki.
• Wybierz odpowiednie materiały: Wybierz materiały w oparciu o wymagania funkcjonalne części, unikanie nadmiernej specyfikacji, i wybieraj materiały, które są łatwiejsze w obróbce i tańsze.
• Ogranicz głębokość wnęk i gwintów: Projektowanie z ograniczoną głębokością wnęki w celu skrócenia czasu i kosztów obróbki. Również, utrzymuj minimalną długość gwintu, aby uniknąć konieczności stosowania specjalistycznych narzędzi i dodatkowych kosztów.
• Zwiększ grubość ścianki: Grubsze ścianki mogą poprawić stabilność obróbki i obniżyć koszty. Do części metalowych, sugerowana minimalna grubość ścianki jest większa niż 0.8 mm, i do tworzyw sztucznych, to więcej niż 1.5 mm.
• Użyj standardowych rozmiarów narzędzi: Projektuj części kompatybilne ze standardowymi rozmiarami narzędzi CNC, aby zminimalizować wymianę narzędzi i czas obróbki.
• Unikaj nadmiernych tolerancji: Chyba, że ​​jest to absolutnie konieczne, unikaj definiowania wąskich tolerancji, co może zwiększyć złożoność i koszty obróbki.
• Wykorzystanie produkcji seryjnej: Większe ilości zamówień mogą rozłożyć koszty stałe na większą liczbę części, obniżenie kosztu jednostkowego.
• Minimalizuj wykończenie powierzchni: Niepotrzebna obróbka powierzchni może zwiększyć koszty, dlatego należy je ustalać na podstawie rzeczywistych potrzeb danej części.
• Inwestuj w automatyzację i innowacje technologiczne: Wydatki na robotyzację i nowoczesne technologie CNC mogą zwiększyć wydajność, obniżyć koszty pracy, i poprawić jakość produkcji.
• Optymalizuj parametry obróbki: Poprzez precyzyjne dostrojenie parametrów, takich jak prędkość cięcia, szybkość podawania, i prędkość wrzeciona, możesz zachować jakość, jednocześnie zmniejszając zużycie energii i koszty.

Rodzaje maszyn CNC

CNC (Komputerowe sterowanie numeryczne) maszyny są dostępne w różnych typach, każdy zaprojektowany do określonych funkcji w produkcji. Oto najważniejsze typy:

1. Frezowanie CNC Maszyny: Służy do usuwania materiału z przedmiotu obrabianego za pomocą obrotowych narzędzi skrawających. Mogą wytwarzać złożone kształty i precyzyjne części z wieloma osiami (aż do 5 osie).
2. Tokarki CNC: Specjalizujemy się w produkcji części cylindrycznych poprzez obracanie przedmiotu obrabianego, podczas gdy stacjonarne narzędzie tnące usuwa materiał. Idealnie nadają się do wytwarzania symetrycznych komponentów, takich jak wały i złączki.
3. Przecinarki plazmowe CNC: Użyj plazmy (zjonizowany gaz o wysokiej temperaturze) do cięcia metali takich jak stal, aluminium, i mosiądz. Są zwykle używane w zakładach produkcyjnych do cięcia blachy.
4. Wycinarki laserowe CNC: Wykorzystaj skupioną wiązkę lasera do cięcia lub grawerowania materiałów z dużą precyzją. Doskonale nadają się do skomplikowanych projektów i są często stosowane w branżach takich jak przemysł lotniczy i elektroniczny.
5. Routery CNC: Przeznaczony do cięcia, rzeźba, i materiały do ​​grawerowania, takie jak drewno, tworzywa sztuczne, i metale miękkie. Są powszechnie stosowane w szafkach, tworzenie znaków, i modelowanie architektoniczne.
6. Szlifierki CNC: Do wykańczania powierzchni lub uzyskania dokładnego wykończenia należy stosować tarcze ścierne. Maszyny te są niezbędne do uzyskiwania części o wysokiej tolerancji w branżach takich jak motoryzacja i lotnictwo.
7. Maszyny elektroerozyjne CNC (EDM): Wykorzystuj wyładowania elektryczne lub iskry do kształtowania metali poprzez erozję materiału z przedmiotu obrabianego. Idealnie nadają się do tworzenia skomplikowanych wnęk lub kształtów w twardych materiałach, takich jak stal.
8. Przecinarki wodne CNC: Używaj wody pod wysokim ciśnieniem (często zmieszane z materiałami ściernymi) do cięcia materiałów. Strumienie wody służą do cięcia różnych materiałów, w tym metale, tworzywa sztuczne, i kamień, bez wytwarzania ciepła.

Centrum obróbcze CNC vs. Zwykły CNC

Maszyny CNC zrewolucjonizowały produkcję, istnieją także odrębne kategorie, takie jak centra obróbcze CNC i zwykłe maszyny CNC.
Oba oferują precyzję, automatyzacja, i wydajność, służą różnym celom i funkcjom w procesie produkcyjnym.
Przyjrzyjmy się kluczowym różnicom między centrum obróbczym CNC a zwykłą maszyną CNC.

1. Definicja i funkcjonalność

• Centrum obróbcze CNC: Centrum obróbcze CNC to zaawansowana technologia, wielofunkcyjna maszyna przeznaczona do różnorodnych operacji takich jak frezowanie, wiercenie, stukający, i nudne, wszystko w jednej konfiguracji.
  Jest wysoce zautomatyzowana i wyposażona w magazyn narzędzi umożliwiający automatyczną wymianę narzędzi, dzięki czemu idealnie nadaje się do skomplikowanych części i wieloetapowych procesów produkcyjnych.
• Zwykła maszyna CNC: Zwykle odnosi się do podstawowego sprzętu CNC, takiego jak tokarki lub frezarki CNC, które skupiają się na określonych zadaniach (np., obrócenie, przemiał).
  Maszyny te mają zazwyczaj bardziej ograniczoną funkcjonalność, zdolny do wykonywania tylko jednej lub dwóch operacji na raz, z mniejszą liczbą funkcji automatycznych.

2. Pojemność narzędzia i zmienność

• Centrum obróbcze CNC: W zestawie z automatycznym zmieniaczem narzędzi (ATC) co pozwala na wymianę wielu narzędzi podczas operacji bez ręcznej interwencji.
  Ta funkcja umożliwia maszynie wykonywanie szerokiego zakresu zadań w jednym ustawieniu, radykalnie skracając przestoje i zwiększając wydajność produkcji.
• Zwykła maszyna CNC: Większość zwykłych maszyn CNC wymaga ręcznej wymiany narzędzi, zwłaszcza modele z niższej półki.
  Zapewniają natomiast precyzyjną obróbkę, brak ATC ogranicza wszechstronność i wymaga częstszego zaangażowania operatora, spowalnianie procesów wieloetapowych.

3. Złożoność przedmiotu obrabianego

• Centrum obróbcze CNC: Idealny do bardzo skomplikowanych detali, które wymagają wielu operacji obróbczych.
  Maszyny te radzą sobie ze skomplikowanymi geometriami, powierzchnie kątowe, i głębokie ubytki, co czyni je niezbędnymi dla takich gałęzi przemysłu jak przemysł lotniczy, automobilowy, i produkcji wyrobów medycznych.
• Zwykła maszyna CNC: Najlepiej nadaje się do prostszych części i operacji, które nie wymagają wielu etapów obróbki.
  Maszyny te sprawdzają się przy mniej skomplikowanych zadaniach takich jak toczenie, proste frezowanie, lub cięcie.

4. Osie ruchu

• Centrum obróbcze CNC: Zwykle obejmuje funkcje wieloosiowe, np. 3-osiowe, 4-oś, lub nawet obróbka 5-osiowa.
  Pozwala to na bardziej elastyczny i dynamiczny ruch, umożliwiając produkcję skomplikowanych części bez konieczności wielokrotnego przesuwania przedmiotu obrabianego.
• Zwykła maszyna CNC: Generalnie działa na mniejszej liczbie osi, takie jak 2-osiowe lub 3-osiowe.
  Wciąż precyzyjny, maszyny te są bardziej ograniczone, jeśli chodzi o tworzenie części o skomplikowanej geometrii lub wielu funkcjach.

5. Automatyzacja i wydajność

• Centrum obróbcze CNC: Wysoce zautomatyzowany przy minimalnym udziale operatora, zdolne do wykonywania ciągłych cykli produkcyjnych.
  Integracja ATC i wielu osi znacznie zwiększa efektywność procesów obróbczych.
• Zwykła maszyna CNC: Wymaga większej interwencji ręcznej, zwłaszcza jeśli chodzi o wymianę narzędzi lub przełączanie między operacjami obróbki.
  Choć skuteczny w przypadku określonych zadań, ogólna automatyzacja i produktywność są niższe w porównaniu do centrów obróbczych.

6. Aplikacje

• Centrum obróbcze CNC: Szeroko stosowane w gałęziach przemysłu, gdzie wymagane są skomplikowane części o dużej precyzji, takich jak lotnictwo, automobilowy, i zaawansowaną technologicznie produkcję.
  Możliwość wykonywania wielu operacji w jednym ustawieniu oszczędza czas i zmniejsza liczbę błędów.
• Zwykła maszyna CNC: Nadaje się do branż wymagających prostszej obsługi, mniej skomplikowane części, takie jak ogólne komponenty mechaniczne, podstawowe wyposażenie, i wały.
  Maszyny te doskonale sprawdzają się w małych warsztatach lub zadaniach, gdzie poziom złożoności nie uzasadnia zastosowania centrum obróbczego.

Czynniki wpływające na cenę maszyny CNC

• Technologia
• Koszty materiałów
• Koszty produkcji
• Konfiguracja
• Gwarancja marki i jakości
• Obsługa posprzedażna

Kompletny przewodnik po cenach maszyn CNC – w każdym przedziale cenowym

Koszt maszyny CNC może się znacznie różnić, od kilkuset dolarów do kilkudziesięciu, a nawet setek tysięcy dolarów.

Na tak znaczący przedział cenowy wpływa wiele czynników, łącznie z rodzajem maszyny CNC, jego wielkość i sztywność, możliwości w zakresie mocy i momentu obrotowego, liczba osi, i dodatkowe funkcje.

 

Maszyna CNC	Cena
Router CNC na poziomie hobbystycznym	$200 – $3000
Profesjonalna ploter CNC	$3K – 10 tys. dolarów
Przemysłowy ploter CNC	$40K – 200 tys. dolarów
Produkcyjny ploter CNC	$200K – 400 tys. dolarów
Frezarka CNC na poziomie hobbystycznym	$2K – 7 tys
Profesjonalna frezarka CNC	$7K – 50 tys. dolarów
Przemysłowa frezarka 3-osiowa	$60K – 100 tys. dolarów
Przemysłowa frezarka 5-osiowa	$200K – 500 tys. dolarów
Młyn produkcyjny (Pionowe centrum obróbcze)	> $500K
Tokarka CNC do zastosowań hobbystycznych	$2K – 12 tys. dolarów
Profesjonalna 2-osiowa tokarka CNC	$15K – 50 tys. dolarów
Przemysłowa 2-osiowa tokarka CNC	$60K – 100 tys. dolarów
Tokarka CNC do produkcji (Poziome centrum obróbcze z 7-13 Osie)	> $500K